Главные вкладки

    Технологическая карта по теме "Первый закон термодинамики" в 10 классе для модульного изучения физики с учётом когнитивных стилей.
    учебно-методический материал по физике (10 класс) по теме

    Дудка Галина Дмитриевна

    Материал расчитан на 1-2 урока, в зависимости от подготовки учеников. Учитель может убрать проверку домашного материала, часть заданий, если сочтёт объём узучаемого материала большим. Задания имеют 3 уровня сложности и разделены на два пути овладения информацией: от частного к общему и от общего к частному. Это соответствует интегративному и дифференцированному стилям восприятия информации. Знакомые с данной технологией учителя могут применить материал сразу. Для новичков в этой области сначала нужно исследовать тип восприятия учащихся в Вашем классе по специальной методике. Это даст результат по эффективности усвоения учебного материала.

    Скачать:


    Предварительный просмотр:

    Модуль М 5.      1 , 2 уровень сложности. «Первый закон термодинамики»        

    УЭ 0 Постановка цели.  ДЦМ: Познакомиться с формулировками первого закона термодинамики. Получить сведения о практическом использовании  закона сохранения энергии.                                                    Учебный материал с указанием  заданий

    Интегральные когнитивные стили

    Дифференциальные когнитивные стили

    Руководство по усвоению учебного содержания

    Содержание учебного материала

    (ИТ, ИД, ИЭ)

    Содержание учебного материала

    (ДТ, ДД, ДЭ)

    Руководство по усвоению учебного содержания

    1. Закон сохранения энергии

    А.Прочитайте план повторения  и обобщения и каждому его пункту выберите подходящий пример из ниже приведённого списка.

    Ответ запишите в виде цифры и буквы, например 1А, 2М, 7аГ,…

    Сравните свои ответы с правильными ответами на доске.

    Б. Запишите ответы на вопросы в тетрадь. Обсудите их с соседом по парте

    Вопросы:

    1.Как можно преобразовать хаотическое движение молекул газа в направленное движение  макроскопического тела?

    2.Какой геометрический

    смысл имеет работа?

    1. Закон сохранения энергии. Повторение  и обобщение изученного материала.       А.План:

    1.Закон сохранения и превращения механической энергии.

    2.Превращение механической энергии в тепловую (внутреннюю)  энергию.

    3.Превращение тепловой (внутренней) энергии в механическую. 4.Другие примеры взаимопревращения различных видов энергии, включая электрическую.

    5.Способы изменения внутренней энергии тела

        а)теплопередача, примеры;

        б) работа, примеры.

    6.Способы теплопередачи

        а)теплопроводность, примеры,

        б) конвекция, примеры,

        в)излучение, примеры.

    7.Формулы для расчёта количества теплоты, переданной или полученной телом

        а) Q=cm(t2-t1), примеры;

    б) Q= r m, примеры;

    в) Q=λm, примеры.

      8. Общая формулировка закона сохранения энергии.

     А.Примеры :

    А. Солнце греет песок на пляже.

    Б.Нагревание жидкости в калориметре  вертикальной мешалкой  за счет опускания грузов.

    В.Подпрыгивание крышки на кастрюле с кипящей водой.

    Г. Энергия никуда не исчезает и ниоткуда не возникает, а лишь превращается из одной формы в другую

    Д. Испарение кипящей воды.

    Е.Нагревание ложки в стакане с горячим молоком.

    Ж.Радиатор отопления передаёт тепло окружающим  предметами.

    З. Нагревание воды  электрическим чайником.

    И.Нагрев воды в отопительной системе дома.

    К. Нагрев шин и асфальта при торможении.

    Л.Затвердевание свинцовой отливки.

    М. Упавший на землю предмет можно поднять за счёт опускания другого предмета.

    1. Закон сохранения энергии

    А.Прочитайте примеры и выберите из плана повторения и обобщения подходящее для каждого из них описание процесса или выражение.

    Ответ запишите в виде буквы и цифры, например А1, М3, Г7а,…

    Сравните свои ответы с правильными ответами.

    Б. Запишите ответы на вопросы в тетрадь. Обсудите их с соседом по парте

    Вопросы:

    1.От каких величин зависит работа, совершаемая силой давления газа?

    2.Какую по знаку работу совершает газ при расширении и при сжатии?

    2. А) Выполните лабораторную работу и запишите в тетрадь результаты и ответы на вопросы. 

    Лабораторная работа «вычисление изменения внутренней энергии тела при совершении работы»

    Приборы и материалы: 1)пробирка химическая, закрытая пробкой; 2)термометр лабораторный от 0-100ºС; 3)цилиндр измерительный с носиком 100 мл с холодной водой; 4) лист бумаги; 5) таблица «Удельная теплоёмкость веществ».

    Порядок выполнения работы

    1.Налейте в пробирку немного воды (8-10 г) и измерьте её температуру.

    2.Закройте пробирку пробкой и заверните в бумагу. В течение 30-40 с энергично встряхивайте воду в пробирке.

    3.Откройте пробирку и снова измерьте температуру воды.

    4.Вычислите изменение внутренней энергии воды.

    5.Результаты измерений и вычислений запишите  тетрадь.

    6.Ответьте на вопросы:

    -Как изменялась внутренняя энергия во время опыта?

    -Каким способом вы изменяли внутреннюю энергию воды в опыте?

    -Зачем пробирку с водой необходимо было заворачивать в бумагу во время опыта?

    -Что можно сказать о зависимости изменения внутренней энергии тела от совершённой работы?

    Б) Ознакомьтесь с историей становления первого начала    термодинамики как научного принципа.

    В) Прочитайте приложение 1.

    Напишите ответы на вопросы после лабораторной работы и поменяйтесь листиками с соседом по парте. Проверьте правильность по образцу.

    2 . История становления первого начала    термодинамики как научного принципа.

    1. 1644 г. Французский учёный Рене Декарт (1596-1650) высказал мысль, что механическое движение сохраняется: материя имеет количество движения, «никогда не возрастающее и не уменьшающееся, несмотря на то, что в некоторых частях материи его может быть то больше, то меньше». Мера движения – произведение  массы на скорость,  то есть mv.

    2. Немецкий учёный Лейбниц (1646-1716)предложил считать мерой движения величину mv2, так как mv не всегда может служить мерой движения.

    3. Английский учёный Томас Юнг(1773-1829)ввёл для этой величины название энергия.

    4. Швейцарский учёный Иоганн Бернулли (1667-1748) в 1935 году писал, что энергия имеет определённую величину, «из которой ничего не может пропасть».

    5. Русский учёный М.В.Ломоносов (1748) высказал мысль, что за счёт механического движения может быть получено тепловое. «Все изменения, совершающиеся в природе, происходят таким образом, что сколько к чему прибавилось, столько же отнимается от другого».

    6. Роберт Майер немецкий учёный и врач (1814-1878) практически установил, что «теплота и движение превращаются друг в друга» и узнал, что для получения 1ккал теплоты требуется около 4200 Дж работы.

    7. Тщательные опыты Джемса Джоуля (1818-1889) английского физика доказали постоянство соотношения и подтвердили эквивалентность теплоты и работы.

    8. Рудольф Клаузиус (1822-1888)немецкий физик назвал эквивалентность теплоты и работы первым началом (принципом) термодинамики.

    В 1850 году он показал, что из принципа эквивалентности вытекает существование функции состояния U (внутренней энергии), изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое всегда равно Q-A (разнице между теплотой и работой).

    9. Данный закон получил наиболее полную трактовку в трудах немецкого учёного Г.Гельмгольца (1821-1894), который независимо от Джоуля и Клаузиуса вывел его одновременно с ними.

    10. В последующем первый закон термодинамики был обобщён в универсальный закон сохранения  и превращения энергии.

             Таким образом, хотя ещё первобытному человеку было известно, что путём трения можно получить огонь, лишь в XIX  веке познание этого явления получило количественное выражение и приобрело значение научного принципа – принципа эквивалентности теплоты и работы.

    2. А) О каком превращении энергии идёт речь в отрывке из работы Ломоносова?

    «Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки нагреваются, дерево загорается пламенем, при ударе кремния об огниво появляются искры, железо накаливается от проковывания частыми и сильными ударами» (М.В.Ломоносов).

    Б) Ознакомьтесь с историей становления первого начала    термодинамики как научного принципа.

    В) Прочитайте приложение 2.

    Г) Прочитайте лабораторную работу и попробуйте не выполняя её, а основываясь на опыте Джоуля ответить на вопросы:

    -Как изменялась внутренняя энергия во время опыта?

    -Каким способом вы изменяли внутреннюю энергию воды в опыте?

    -Зачем пробирку с водой необходимо было заворачивать в бумагу во время опыта?

    -Что можно сказать о зависимости изменения внутренней энергии тела от совершённой работы?

    Напишите ответы на вопросы и поменяйтесь листиками с соседом по парте. Проверьте правильность по образцу.

    3.Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для

     тепловых процессов).

    Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и суммарной работой внешних сил A, действующих на систему.

    Первый закон термодинамики - Изменение внутренней энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил, действующих на нее:

    Внутренняя энергия тела может изменяться не только в результате совершаемой работы, но и вследствие теплообмена. При тепловом контакте тел внутренняя энергия одного из них может увеличиваться, а внутренняя энергия другого – уменьшаться. В этом случае говорят о тепловом потоке от одного тела к другому. Количеством теплоты Q, полученной телом, называют изменение внутренней энергии тела в результате теплообмена.

    Передача энергии от одного тела другому в форме тепла может происходить только при наличии разности температур между ними.

    Придумайте ситуации, в которых можно использовать формулировку первого закона термодинамики и запишите их в тетрадь.

    Проверка наличия конспекта

    3.Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов).

    Сделайте краткий конспект закона и его формул в тетрадь.

    С давних времён замечено, что работа А и теплота Q превращаются друг в друга. Известно, что с помощью машин за счёт теплоты выполняется разнообразная работа. А в отрывке из работы  М.В.Ломоносова описаны случаи превращения работы в теплоту. Естественно поставить вопрос: существует ли какая-нибудь закономерность в преобразовании работы в теплоту и наоборот? Нет ли количественной зависимости между затраченной работой  А и полученной за счёт работы теплотой Q?

    В XIX в. в связи с изучением преобразования теплоты в работу и обратно перед наукой был поставлен вопрос: даёт ли каждая единица работы одно и то же количество теплоты? Ответ был получен с помощью опытов. Решающими среди них были опыты Джоуля.

     Рассмотрим более сложный случай, когда внутренняя энергия тела изменяется одновременно по двум причинам: и за счёт теплопередачи, и за счёт совершения работы.

    На рисунке условно изображены энергетические потоки между выделенной термодинамической системой и окружающими телами. Величина Q > 0, если тепловой поток направлен в сторону термодинамической системы. Величина A > 0, если система совершает положительную работу над окружающими телами.

    Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, т. е. изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия U однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние системы, то отсюда следует, что процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ΔU внутренней энергии системы.

    3.Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для

     тепловых процессов).

    В формулировке Р.Клаузиуса: во всех случаях, когда из теплоты появляется работа , тратится пропорциональное полученной работе количество теплоты, и, наоборот, при затрате работы получается то же количество теплоты.

    Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

    Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

    ΔU = Q – A

    Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя (perpetuum mobile) первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.

    Придумайте ситуации, в которых можно использовать формулировку первого закона термодинамики и запишите их в тетрадь.

    Проверка наличия конспекта

    4. Вторая  формулировка первого закона термодинамики

    Первый закон термодинамики - количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на  совершение системой работы над внешними телами: Q= U + A '      

    Придумайте ситуации, в которых можно использовать формулировку первого закона термодинамики и запишите их в тетрадь.     Проверка наличия конспекта

    4. Вторая  формулировка первого закона термодинамики

    Сделать краткий конспект и привести примеры ситуаций, где можно использовать данную формулировку закона. Всё зафиксировать в тетрадь и сделать пояснение почему вы так решили.

    4. Вторая  формулировка первого закона термодинамики

    Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме:

    Q = ΔU + A.

    Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.Придумайте ситуации, в которых можно использовать формулировку первого закона термодинамики и запишите их в тетрадь.                           Проверка наличия конспекта

    5. Первый закон термодинамики

    для  изопроцессов

    Первое начало термодинамики:

    при изобарном процессе, происходит изобарное расширении газа.  Подведенное к нему количество теплоты расходуется как на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы газом:    Q=ΔU+p∙ΔV,   Q=ΔU+A= ΔU +p∙ΔV

    при изохорном процессе (A = 0), так как при изохорном процессе объем газа остается постоянным, поэтому газ не совершает работу. Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами:

    Q= ΔU ,        Q= ΔU= cν ΔT

    при изотермическом процессе    (Δ U = 0), так как при изотермическом процессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью расходуется на совершение работы:

        Q=A',          Q =A= RT ln         

    Здесь масса газа, молярная масса газа, молярная теплоёмкость при постоянном объёме, давление, объём и температура газа соответственно, причём последнее равенство верно только для идеального газа.

    5. Первый закон термодинамики

    для  изопроцессов

    Работа численно равна площади под графиком процесса на диаграмме (p, V). Величина работы зависит от того, каким путем совершался переход из начального состояния в конечное. На рис. изображены три различных процесса, переводящих газ из состояния (1) в состояние (2). Во всех трех случаях газ совершает различную работу.

    Сделайте краткий конспект в тетрадь формул первого закона термодинамики  для изопроцессов и зарисуйте графики нахождения работы при изопроцессах. Придумайте ситуации, в которых можно использовать формулы первого закона термодинамики для изопроцессов и запишите их в тетрадь.

    5. Первый закон термодинамики

    для  изопроцессов

    Применим первый закон термодинамики к изопроцессам в газах.

    1. В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно,

    Q =Δ U = U (T2) – U (T1).

    1. Здесь U (T1) и U (T2) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом (Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q < 0).
    2. В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением

    A = p (V2 – V1) = pΔ V.

    1. Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает:

    Q = U (T2) – U (T1) + p (V2 – V1) = 

    ΔU + p ΔV.

    1. При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T2 < T1; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.
    2. В изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0.

    Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением

    Q = A

    Количество теплоты Q, полученной газом в процессе изотермического расширения, превращается в работу над внешними телами. При изотермическом сжатии работа внешних сил, произведенная над газом, превращается в тепло, которое передается окружающим телам.

    6.Практическое использование

     первого закона термодинамики

     для решения задач.

    Задача 1.

    В закрытом баллоне находится газ. При охлаждении его внутренняя энергия уменьшилась на 500 кДж. Какое количество теплоты отдал газ? Совершил ли он работу?

    Дано:

    Δ U =-500 кДж

    Решение:

    Газ находится в закрытом баллоне, следовательно,объём газа не меняется, то есть V= cоnst и Δ U=0.

    Газ работу не совершает. Так как А=р*ΔV, то А=0. Тогда при изменении внутренней энергии газ отдаёт количество теплоты, равное         Q= -500 кДж (минус показывает, что тепло выделяется).

      Найти: Q-? А-?

    Ответ: Q= -500 кДж ,А=0

    Задача 2.

    В теплоизолированном цилиндре с поршнем находится газ азот массой 0,3 кг при температуре 20 ºС. Азот, расширяясь совершает работу 6705 Дж. Определите изменение внутренней энергии азота и его температуру после расширения. С=745 Дж/кг*К.

    Дано:

    t=20 ºС

    T=293К

    m=0,3 кг

    А=6705 Дж

    С=745 Дж/кг*К

    Решение:

    Расширение азота в теплоизолированном цилиндре, поэтому Q=0 – нет теплообмена с окружающей средой.

    Первый закон термодинамики примет вид: Δ U =А=А

    Где А- работа внешних сил,  А– работа газа. Значит внутренняя энергия уменьшится на 6705 Дж, т.е.

    Δ U =-6705 Дж. Т.К. мерой изменения внутренней энергии служит количество теплоты, то  Δ U = cm(t2-t1)

    T2= (Δ U + cmT1)/ cm

    Т2=263К (t=-10 ºС)

    Найти:  Δ U-? T2=?

    Ответ: Δ U =-6705 Дж,  Т2=263К (t=-10 ºС)

    6.Практическое использование

     первого закона термодинамики

     для решения задач.

    Проверь себя:

    1. Как формулируют закон сохранения энергии?

    2. В чём состоит эквивалентность количества теплоты, механической работы, затраченной энергии?

    3. Что называют первым законом термодинамики?

    4. Как записывают и формулируют этот закон?

    5.Как записывается первый закон термодинамики для каждого из изопроцессов?

       

        Задача 1 ( рис.3)

    В опыте Джоуля 1 л воды в цилиндрическом сосуде перемешивается винтом на стержне, соединённом, как показано на рисунке , с опускающимся грузом массой 1 кг. При равномерном опускании груза на 4м вода нагрелась на …

    1. 0.025ºС
    2. 1 ºС
    3. 0,1 ºС
    4. 0,01 ºС

    Рисунок 3

      6.Практическое использование первого закона термодинамики для решения задач.

         

    Задача1.

    При изотермическом расширении идеальным газом совершена

     работа 15 кДж. Какое количество теплоты сообщено газу?

    Дано:

    А=15 кДж=1,5*104Дж

    Т=cоnst

    Решение:

    При изотермическом процессе (Т=const) внутренняя энергия газа не меняется, то есть  Δ U =0. Тогда газ совершает работу за счёт сообщённого ему количества теплоты:  Q=А. Таким образом газу сообщено количество теплоты, равное  Q=1,5*104Дж=15 кДж.

    Найти: Q-?

    Ответ: 15 кДж.

    Задача 2.

    Вычислите увеличение внутренней энергии кислорода массой 0,5 кг

    при изохорном повышении его температуры на 15ºС.

    Дано:

    m=0.5кг

    V=const

    Δt=15 ºС

    ΔT=15K

    C=920 Дж/кг*К

    Решение:

    Работа газа А=0, т.к.  V= cоnst, А=р* ΔV=0. То есть

    Δ U=Q внутренняя энергия газа увеличилась за счёт получения теплоты.

    Q=cm(t2-t1)

    Δ U=920 Дж/кг*К*0,5кг*15К=6900 Дж=6,9 кДж.

    Найти: Δ U 

    Ответ: 6900 Дж

    Тест№1

    Внутренняя энергия тела может изменяться

    1. только при совершении работы
    2. только при теплопередаче
    3. при совершении работы и при теплопередаче
    4. среди ответов нет правильного.

    7.Выходной контроль.

    ЧДЦ: Проверить усвоение учебных элементов

    Ответить на вопросы теста. Работу выполняем с использованием  копировальной бумаги. Один экземпляр сдаем учителю, с помощью другого проверить правильность выполнения заданий. Поставить себе баллы.

    Тест №3( рис.3)

    В опыте Джоуля 1 л воды в цилиндрическом сосуде перемешивается винтом на стержне,

    соединённом, как показано на рисунке , с опускающимся грузом массой 1 кг.

    При равномерном опускании груза вода  нагрелась на 0.025ºС.

    При этом груз опустился на…

    1. 5м

    2. 10м

    3. 3м

    4. 25м

    Тест№2

    Внутренняя энергия газа в закрытом баллоне может увеличивается

    1. При нагревании газа в баллоне
    2. При увеличении скорости баллона
    3. При подъёме баллона вверх
    4. При выпускании газа из баллона.

    8. Подведение итогов

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания: что узнал нового, что более всего запомнилось, что произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    Максимальное число баллов указано в таблице

    (рефлексия)

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    13

    2

    15

    УЭ 2

    4/1

    0/4

    4/5

    УЭ 3

    1

    1

    2

    УЭ 4

    1

    1

    2

    УЭ 5

    1

    3

    4

    УЭ6

    5

    3

    1

    1

    10

    УЭ 7

    1

    1

    3

    5

    Итого

    42/43

    Оценка

    5

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

       

         Ответы на вопросы в модуле : 

    Вариант 1: 1М, 2К, 3В, 4З, 5аЖ, 5бБ, 6аЕ, 6бИ, 6вА,7аЕ, 7бД, 7вЛ, 8Г  

    Вариант 2: А6в, Б5б, В3, Г8, Д7б, Е7а, Е6а, Ж5а, З4, И6б, К2, Л7в, М1

         Правильные ответы в модуле :

    Вариант 1: 1.В качестве тела целесообразно использовать поршень в цилиндре, перемещающийся под давлением газа, заполняющего цилиндр. (реактивное движение тоже можно зачесть).

    2.Работа, совершаемая газом в процессе его расширения ( или сжатия) при любом термодинамическом процессе, численно равна площади под кривой, изображающей изменение состояния газа на диаграмме р,V.

    Вариант 2: 1.Работа, совершаемая газом, равна произведению среднего давления газа на изменение его объёма.

    2. При расширении (ΔV > 0) газ совершает положительную работу, отдавая энергию окружающим телам. При сжатии (ΔV < 0) работа, совершаемая газом, отрицательна. Внутренняя энергия газа при сжатии увеличивается.

          Ответы на вопросы в модуле 2:

    1.Увеличивалась.

    2.Косвенным путём через измерение температуры.

    3.Чтобы уменьшить потери энергии или наоборот исключить нагрев пробирки от тепла руки.

    4.Чем больше совершённая работа над телом, тем больше изменяется внутренняя энергия тела ( возрастает).

         Ответ к отрывку Ломоносова:

     приведённые примеры иллюстрируют переход совершённой работы над телом во внутреннюю энергию тела.

         Ответы на вопросы модуля 6.

    1.Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

    2.Эти величины измеряются в одних и тех же единицах - Дж. Количество теплоты и работу можно считать мерой изменения внутренней энергии системы.

    3.Первым законом термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов)называют количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы, количеством теплоты, подведённой к ней, и суммарной работой внешних сил, действующих на систему.

    4.  Q = ΔU + A.  Количество теплоты, подведённое к системе, идёт на изменение её внутренней энергии  и на совершение системой работы над внешними телами.     ΔU= Q + A      Изменение внутренней энергии системы при её переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведённого к системе извне, и работы внешних сил, действующих на неё.

    5.   Q =Δ U = U (T2) – U (T1)  изохорный процесс

         Q = U (T2) – U (T1) + p (V2 – V1) = ΔU + p ΔV  изобарный процесс

        Q = A   изотермический процесс

    Задача 1  ответ  4 (Δt=gh/c=9.8Н/кг*4м/4200Дж/кг*К=0,009К≈0,01К)

         Ответы на вопросы  модуль 7.

    Тест №1-3

    Тест №2-1

    Тест №3-2



    Предварительный просмотр:

    Приложение 1

      Опыты Джоуля.

         Схема опыта Джоуля изображена на рис. 1. Воду, находящуюся в калориметре - сосуде с теплоизолированными стенками, перемешивали лопатками, насаженными на деревянный, не проводящий теплоту стержень. В сосуде были установлены перегородки с прорезями, не позволявшими воде приобретать большую скорость вращения. Благодаря этому, вследствие сил внутреннего трения по окончании вращения лопаток потоки в воде быстро затухали, и она приходила в состояние термодинамического равновесия.

    Рис. 1.
    Схема опыта Джоуля по определению механического эквивалента теплоты
    1 - грузы, 2 - тросы, 3 - подвижные блоки, 4 - шкив, 5 - лопатка,
    6 - теплоизолирующий сосуд, 7 - вода

    Сосуд с водой был теплоизолированным. Таким образом, нагревание массы m воды можно было отнести за счет механической работы, совершенной вращающимися лопастями, которые, в свою очередь, получали кинетическую энергию вращения за счет изменения потенциальной энергии опускающихся грузов. Если признать справедливость закона сохранения энергии в любых формах, то механическая работа должна равняться количеству теплоты, затраченной на нагревание воды.

    Джоуль сравнил значения A в Дж (сам Джоуль употреблял, конечно, другие единицы работы) и Q в калориях, которые являются устаревшими единицами измерения количества теплоты (1 ккал равна тому количеству теплоты, которое нужно, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 °С в интервале от 14,5 до 15,5 °С). Полученный Джоулем результат (1 кал = 4,15 Дж) несколько отличался от известного теперь:

    1 кал = 4,186 Дж. Однако следует признать, что для своего времени точность опыта Джоуля была очень высокой.

    Приложение 2

    В XVIII веке считалось, что одно тело бывает теплее другого потому, что содержит больше теплорода – невесомого вещества, создающего ощущение тепла. Считалось также, что теплород нельзя ни создать, ни уничтожить; он только переходит от одних тел к другим, вызывая охлаждение первых и нагревание вторых. Однако в 1798 г. министр внутренних дел Баварии, граф Б.Румфорд проделал опыт, оставивший теорию теплорода лишь в пыли библиотек.  В те времена пушки изготавливали так. Из расплавленного металла отливали пушечные стволы, не оставляя внутри них канала для ядер. Его высверливали позже – при помощи огромных сверлильных станков, приводившихся в движение лошадьми. Румфорд заметил, что во время сверления стволы очень сильно нагревались. Румфорд предположил, что причина нагревания – трение сверла о пушечный ствол, то есть совершение механической работы.

    Для проверки этого предположения Румфорд решил увеличить силу трения. Для этого он взял тупое сверло, а пушечный ствол поместил в бочку с водой. Спустя два с половиной часа, к величайшему изумлению свидетелей этого грандиозного опыта, вода закипела! Из опыта следовало два вывода: либо теплород можно "изготавливать" в неограниченных количествах (и это приведет к переделке всей теории теплорода), либо нагревание тел объясняется совсем иными причинами, а теплорода не существует вообще. Дальнейшее развитие науки подтвердило правильность именно второго вывода. Опыт Румфорда показал, что при совершении работы силой трения всегда возникает некоторое количество теплоты. Поскольку в то время и работу, и количество теплоты уже умели измерять, то ждали своих ответов несколько вопросов. Первый. Если совершать по 1 Дж работы над различными веществами (например, сталью, медью, водой и т.д.), то одинаковое ли количество теплоты выделяется при этом? Второй вопрос. Если одинаковое – то сколько именно? Если же разное, то от каких причин это зависит? Были и другие вопросы. Поэтому для дальнейшего развития теории тепловых явлений потребовались новые экспериментальные данные.Спустя полвека на арену научной деятельности выходит соотечественник Румфорда, манчестерский пивовар Д.Джоуль. Его экспериментальной установкой стал калориметр с погруженной в него мешалкой, которая приводилась во вращение опускавшейся гирей (см. рисунок). Трение лопастей мешалки о воду или ртуть, которыми заполнялся калориметр, приводило к их нагреванию. Сила тяжести, опускавшая гирю, совершала над ней работу A = Fтяж l = mg h. Возникавшее при трении количество теплоты подсчитывали по основной калориметрической формуле Q=cm(t2–t1). Опыт многократно повторяли при различных условиях: изменяли количество воды, заменяли ее ртутью, меняли массу гири, высоту ее поднятия, диаметр валика, с которого сматывалась нить и т.д.В XIX веке количество теплоты и работу измеряли не "джоулями", как сегодня, а другими единицами. Несмотря на это, вывод Джоуля остается справедливым: при любых явлениях, в ходе которых механическая работа полностью превращается в теплоту, совершение 1 Дж работы всегда приводит к возникновению именно 1 Дж теплоты. Этот вывод лег в основу термодинамики – новой теории тепловых явлений. С тех пор она существенно расширилась и превратилась в теорию о взаимопревращениях работы, теплоты и энергии вообще: химической, электрической, ядерной и т.д. В таком виде термодинамика существует и по сей день.

                                                        



    Предварительный просмотр:

    8. Подведение итогов___________________________ФИ

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания:

    что узнал нового, что более всего запомнилось, что

    произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    (рефлексия)

    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    УЭ 2

    УЭ 3

    УЭ 4

    УЭ 5

    УЭ6

    УЭ 7

    Итого

    Оценка

    8. Подведение итогов___________________________ФИ

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания:

    что узнал нового, что более всего запомнилось, что

    произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    (рефлексия)

    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    УЭ 2

    УЭ 3

    УЭ 4

    УЭ 5

    УЭ6

    УЭ 7

    Итого

    Оценка

    8. Подведение итогов___________________________ФИ

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания:

    что узнал нового, что более всего запомнилось, что

    произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    (рефлексия)

    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    УЭ 2

    УЭ 3

    УЭ 4

    УЭ 5

    УЭ6

    УЭ 7

    Итого

    Оценка

    8. Подведение итогов___________________________ФИ

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания:

    что узнал нового, что более всего запомнилось, что

    произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    (рефлексия)

    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    УЭ 2

    УЭ 3

    УЭ 4

    УЭ 5

    УЭ6

    УЭ 7

    Итого

    Оценка

    8. Подведение итогов___________________________ФИ

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания:

    что узнал нового, что более всего запомнилось, что

    произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    (рефлексия)

    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    УЭ 2

    УЭ 3

    УЭ 4

    УЭ 5

    УЭ6

    УЭ 7

    Итого

    Оценка

    8. Подведение итогов___________________________ФИ

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания:

    что узнал нового, что более всего запомнилось, что

    произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    (рефлексия)

    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    УЭ 2

    УЭ 3

    УЭ 4

    УЭ 5

    УЭ6

    УЭ 7

    Итого

    Оценка

    8. Подведение итогов___________________________ФИ

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания:

    что узнал нового, что более всего запомнилось, что

    произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    (рефлексия)

    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    УЭ 2

    УЭ 3

    УЭ 4

    УЭ 5

    УЭ6

    УЭ 7

    Итого

    Оценка

    8. Подведение итогов___________________________ФИ

    ЧДЦ: Заполнить лист контроля. Оценить свои  знания:

    что узнал нового, что более всего запомнилось, что

    произвело наибольшее впечатление, что удивило…

    (рефлексия)

    _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    21-27- «3»           28-35- «4»             36-42- «5»

    Учебный

    элемент

    Задания

    Итого баллов

    А

    Б

    В

    Г

    Д

    УЭ 1

    УЭ 2

    УЭ 3

    УЭ 4

    УЭ 5

    УЭ6

    УЭ 7

    Итого

    Оценка


    По теме: методические разработки, презентации и конспекты

    Урок по теме:Направление процессов в природе.2 закон термодинамики.10 класс

    Урок физики в 10 классе.  Термодинамика. Метопредметный,с использование системно-деятельностного подхода в соответствии с ФГОС....

    Урок изучения нового материала "Первый закон термодинамики", 10 класс

    Общий метод: репродуктивныйЧастные: словесный, словесно – наглядно – практический.Форма проведения занятия: эвристическая беседа, фронтальная беседа, работа с опорным конспектом, учебником, материалом...

    Технологическая карта урока русского языка в 10 классе "Научный стиль и его характерные особенности".

    Технологическая карта урока русского языка в 10 классе «Научный стиль и его характерные особенности»   является  одним из множества вариантов ...

    Технологическая карта урока "Простейшие показательные неравенства", 10 класс (с презентацией)

    Технологическая карта урока "Простейшие показательные неравенства", 10 класс (с презентацией)...

    Открытый урок по теме "Первый закон термодинамики" 10 класс

    Цель данного урока создать условия для личностной самореализации каждого обучающегося в процессе актуализации ранее изученного материала и освоения новой темы, способствовать развитию личностных,...

    Технологическая карта урока немецкого языка в 10 классе по теме “Unsere Umwelt ” к УМК «Stichwort Deutsch Kompakt» для 10 класса (Автор Зверлова О.Ю.)

    Технологическая карта урока немецкого языка в 10 классе по теме “Unsere Umwelt ” к УМК «Stichwort Deutsch Kompakt» для 10 класса (Автор  Зверлова О.Ю.)...