План конспект уроку "Внутрішня енергія та способи її зміни. Робота в термодинаміці."

Тема. Внутрішня енергія та способи її зміни. Робота в термодинаміці. (10 клас - рівень стандарту)

Мета уроку:

освітня: формувати поняття про внутрішню енергію з позицій молекулярної теорії; досягти усвідомлення універсальності закону збереження і перетворення енергії; надати термодинамічну трактову поняття роботи;

розвиваюча: розвиток навичок аналізу та порівняння;

виховна: виховувати вміння взаємодії під час вивчення навчального матеріалу.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Обладнання уроку: таблиці, комп'ютерний диск, схеми, теплоприймач, вода в колбі, електрична плитка, дротини з різних матеріалів, сукно, монети.

План уроку

№ етапу Етапи Час Прийоми та методи

І. Організаційний момент 1 хв Коментар вчителя

ІІ. Повідомлення теми уроку та очікуваних результатів 2 хв. Коментар вчителя

ІІІ. Вивчення нового матеріалу та формування фізичних понять. 37 хв. Навчальна гра, аналітична бесіда, навчальна лекція

І\/. Рефлексія. 3 хв. Інтерактивна вправа

\/. Домашнє завдання. 2 хв. Коментар вчителя

Перебіг уроку.

І. Організаційний момент.

ІІ. Повідомлення теми уроку та очікуваних результатів. (вчитель на дошці розвішує тему уроку)

ІІІ. Вивчення нового матеріалу та формування фізичних понять.

Розвиваюча гра „Продовж твердження...” (початок тверджень висвітлюється на екрані монітора в програмі PowerPoint додаток, проводяться демонстрації щодо способів зміни внутрішньої енергії, складається таблиця додаток).

1. Виведення та аналіз рівняння для обчислення внутрішньої енергії ідеального газу.

Учитель. Виведемо формулу для обчислення внутрішньої енергії ідеального газу.

За визначенням внутрішня енергія обчислюється за формулою:

U = ∑Eki + ∑Epi

де Екі, Ері – кінетична і потенціальна енергія окремої молекули.

Для ідеального газу Ері = 0; тому

U = ∑Eki = NE = (mNa/M) * (3kT/2) = 3mRT/2M

Е – середня кінетична енергія молекули.

U = 3mRT/2M

Для даної маси газу виконується рівняння:

∆U = 3mR∆T/2M

Для двохатомного ідеального газу:

∆U = 5mR∆T/2M

Для трьохатомного ідеального газу:

∆U = 6mR∆T/2M

Учитель. Проведемо аналіз отриманих результатів. Дайте відповідь на наступні запитання:

- від чого залежить внутрішня енергія ідеального газу? (відповідь: внутрішня енергія ідеального газу залежить від маси газу, молярної маси і температури);

- чи можна ці рівняння використати для реальних газів? (відповідь: для реальних газів потенціальна енергія взаємодії молекул не дорівнює нулю, тому для реальних газів ці рівняння можна використати лише з певними наближеннями).

2. Робота в термодинаміці

Учитель. Уявимо собі, що газ знаходиться у вертикальному циліндрі, який закрито нерухомим поршнем площею S. Нехай під дією прикладеної зовнішньої сили F поршень опустився на відстань ∆x , та стиснув при цьому газ. Газ буде стискатися до тих пір, доки сила F не врівноважиться силою, що діє на поршень зі сторони газу і дорівнює pS, де р – тиск газу (якщо переміщення маленьке, то тиск газу можна вважати сталим). Робота газу (А ) при цьому визначається так

F∆x = pS∆x A = p∆V

Якщо газ стискався, то ∆V <0 - робота газу від’ємна; якщо газ розширювався, то ∆V > 0 - додатна.

Таким чином, якщо над газом скоюють додатну роботу, то зовнішні тіла передають йому частину своєї енергії. При розширенні газу, навпаки, робота зовнішніх сил від'ємна.

Геометричний зміст роботи газу при ізопроцесах розглянемо на основі таблиці:

Процес зміни газу Графічне зображення Формула роботи газу Геометричне тлумачення

Ізотермічний

Не вивчається в школі

A = S ABCD

Ізобарний

A = p∆S

A = S ABCD

Ізохорний

A = 0

Учитель. Умова задачі (на дошці): ідеальний газ переходить з одного стану до іншого трьома способами. В якому випадку виконується найменша робота? Чому вона дорівнює?

Учитель. Робота в термодинаміці залежить від послідовності станів, які проходить тіло від початкового стану до кінцевого.

3. Фізичний зміст молярної газової сталої.

Учитель. Умова задачі (на дошці): азот масою 280 гр був нагріт при сталому тиску до 100 0С. Визначити роботу газу при розширенні.

A = p(V2 – V1), pV = mRT/M, тоді

V1 = mRT1/pM і V2 = mRT2/pM тоді

A = p ( (mRT2/pM) – (mRT1/pM ) ) = mR∆T/M

Підставляємо числові значення і отримуємо A = 8,31кДж.

Якщо взяти m = M, ∆T = 1K, тоді A = R, і універсальна газова стала має зміст роботи, яка скоєна кіло молем газу при ізобарній зміні температури на 1 К.

І\/. Рефлексія.

Інтерактивна вправа „Мікрофон”

Питання:

- Що ми виконували сьогодні на уроці?

- Чи досягли очікуваного результату?

- Чи досяг клас в цілому очікуваних результатів?

- Що, на вашу думку, могло б бути організовано краще?

- Над якими навичками вам треба ще попрацювати?

- Чи був для вас урок цікавим

- Що вам найбільше сподобалось?

\/. Домашнє завдання.