Цели:
1. Учебные:
- вести понятие внутренней энергии, работы в
термодинамике;
- ознакомить учащихся с первым началом
термодинамики;
- формировать общеучебные навыки работы с
компьютером и исследовательских умений.
2. Развивающие:
- содействовать развитию речи, мышления, овладению методами научного
исследования: анализа и синтеза.
3. Воспитательные:
- формировать познавательный интерес;
- формирование положительной мотивации к учению;
- воспитание дисциплинированности,
эстетического восприятия мира.
Организационные формы и методы обучения:
- традиционные – беседа на вводном этапе урока;
- инновационные – изучение нового учебного материала с помощью компьютера.
Средства обучения:
- инновационные – компьютер, мультимедийный проектор, компьютерная
программа урока физики от Кирилла и Мефодия;
- печатные – тестовые задания.
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Повторение домашнего задания.
- По характеру относительного расположения частиц, тв. тела делятся на
какие виды? (Кристаллы, аморфные тела, композиты.)
- Что из себя представляют кристаллы? (В кр. телах молекулы, атомы и
ионы расположены в определенном порядке в форме кристаллической решетки
образуя дальний порядок. Примеры: железо, серебро, медь, лед, графит, алмаз,
соль, сахар.)
- Что из себя представляют аморфные тела? (Аморфные тела не имеют
строгого порядка в расположении молекул, они расположены в форме
кристаллической решетки образуя ближний порядок. Примеры: стекло, канифоль,
смола, каучук, пластмасса, свечи, парафин.)
- Что из себя представляют композиты? (Доклад, используя интернет-ресуры
подготовила Иванова Вероника.)
Доклад.
Композиты – это твердые тела, атомы в которых располагаются трехмерно
упорядоченно в определенной области пространства с регулярной периодичностью.
Композиты, такие, как дерево, бетон, фибергласс, кость, кровеносные сосуды и др.
состоят из различных, связанных друг с другом материалов.
Созданы композиционные материалы, механические
свойства которых превосходят естественные материалы. Композиты
состоят из матрицы и наполнителей. В качестве
матрицы применяются полимерные, металлические, углеводородные или керамические
материалы. Наполнители могут состоять из нитевидных кристаллов, волокон
или проволоки. В частности, к композиционным материалам относят железобетон и
железографит.
Железобетон – один из основных видов строительных материалов.
Он представляет собой сочетание бетона и стальной
арматуры.
Железографит – металлокерамический материал, состоящий из железа и
графита. Из него отливают подшипники, втулки для разных узлов машин и
механизмов.
Стеклопластик – также композиционный материал, представляющий собой
смесь стеклянных волокон и отвердевшей смолы.
Кости человека и животных представляют собой композиционный материал,
состоящий из двух совершенно различных компонентов: коллагена и минерального
вещества.
Коллаген – один из главных компонентов
соединительной ткани (из него в основном
состоят наши сухожилия). Большая часть минерального компонента кости –
соли кальция.
- Перечислите основные свойства кристаллических тел?(Сохраняет
обьем и форму, анизотропны.)
- Перечислите основные свойства аморфных тел? (Сохраняет обьем и форму
при низких температурах, с повышением температуры ведут себя как вязкие
жидкости, изотропны.)
- Что представляет из себя монокристалл? Монокристалл – твердое тело,
частицы которого образуют единую кр. решетку.
- Что представляет из себя поликристалл? Поликристалл – твердое тело,
состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов.
- Решение теста на компьютере возле доски (Дмитриев Сергей):
- Какие из нижеперечисленных свойств характерно только для аморфных
тел (отсутствие определенной температуры плавления).
- Анизотропия – это… (зависимость физических свойств от выбранного
направления внутри кристалла).
- Кристаллическое состояние тв. тела (более энергетически
устойчиво, чем аморфное).
- Два кубика из стекла и кристалла кварца опустили в горячую воду.
Сохранят ли они свою форму. (Сохранит лишь стекло)
- Почему в таблицах не указывается температура плавления стекла
(т.к. стекло аморфно и не имеет определенной температуры плавления).
3. Объяснение нового материала.
Термодинамика – это раздел физики, исследующий свойства
макроскопических тел с энергетических позиций.
Макроскопические параметры – Р, V, T.
Внутренняя энергия зависит от агрегатного состояния вещества.
Внутренняя энергия тел – суммарная кинетическая энергия движения и
взаимодействия молекул.
Два способа изменения внутренней энергии
При изменении внутренней энергии термодинамическая система переходит из
одного состояния в другое.
Существует два способа изменения внутренней энергии системы:
1) Теплообмен, когда тело получает или
отдает некоторое количество теплоты в процессе теплопередачи.
2) Совершение механической работы:
а) над телом (U ).
Опыт с электронным термометром, бруском и монетой.
b) самим телом (U ).
Так внутренняя энергия металлической монеты может быть увеличена при
нагревании ее на огне, либо за счет трения о деревянную поверхность.
Совершая работу, можно изменить внутреннюю энергию.
Внутренняя энергия и работа.
Если работа совершается над телом, то его внутренняя энергия увеличивается,
если же тело само совершает работу, это ведет к уменьшению его внутренней
энергии.
Когда газ, закачанный под давлением в баллон, совершает работу, например,
выбивает пробку, то он охлаждается, поскольку при совершении работы уменьшается
его внутренняя энергия.
Работа может совершаться за счет внутренней энергии.
А1 = р∆V – работа газа.
А1 = -А = р∆V – работа внешних сил.
Q = ∆U + А1 А1 – Первое начало термодинамики.
Невозможность вечного двигателя.
Первое начало термодинамики объясняет невозможность построения вечного
двигателя первого рода, который должен бы был работать неограниченно долго без
затрат энергии.
Если к системе не подводится энергия в виде тепла, значит, работа совершается
этой системой только за счет внутренней энергии. Однако величина этой энергии не
безгранична, поэтому система с течением времени перестанет совершать работу, и,
значит, существование вечного двигателя невозможно.
Первое начало термодинамики можно применить для рассмотрения различных
термодинамических процессов.
4. Закрепление.
Дано:
Q = 500 Дж
А = -300 Дж
Найти: ∆U.
Решение:
Q = ∆U + А1 ∆U =
Q – А1 = 500 + 300 = 800 Дж.
5. Решение тестов.
Выберите ответы вместо многоточия и закончите фразы:
1) Количество теплоты – количественная характеристика изменения внутренней
энергии системы путем ...
а) совершения работы.
б) передачи электроэнергии.
в) совершения работы и теплообмена.
г) теплообмена.
2) Внутренняя энергия – это ...
а) энергия, зависящая только от внутреннего состояния системы.
б) энергия тел, входящих в термодинамическую систему.
в) кинетическая энергия движения молекул.
г) потенциальная энергия атомов.
3) Если газу передано количество теплоты 500 Дж, а он совершил отрицательную
работу 300 Дж, то изменение внутренней
энергии газа равно ...
а) 400 Дж.
б) 800 Дж.
в) 200 Дж.
Вопросы 1-5:
1) Какое определение ошибочно? Внутренней энергией тела называется ...
а) энергия этого тела за вычетом механической
энергии тела как целого.
б) сумма кинетической и потенциальной
энергии всех частиц, составляющих тело.
в) сумма кинетических энергии молекул.
г) все определения неправильны.
2) Внутренней энергию можно изменить:
а) можно изменить только путем теплопередачи.
б) нельзя изменить.
в) можно изменить только путем совершения
работы.
г) можно изменить путем совершения
работы и теплопередачи.
3) Термодинамическая система – это ...
а) совокупность тел с разными температурами.
б) тела, обладающие высокой температурой.
в) совокупность макроскопических тел, обменивающихся друг с другом веществом.
г) совокупность макроскопических тел и полей, обменивающихся друг с другом и
внешней средой энергией и веществом.
4) Наука, исследующая свойства макроскопических тел с энергетических позиций,
называется ...
а) молекулярно-кинетическои теорией.
б) динамикой.
в) термодинамикой.
г) энергодинамикои.
5) Математическое выражение первого начала термодинамики...
а) А = ∆U + Q.
б) ∆U = А + Q.
в) Q = ∆U + A.
д) Q = ∆U.
6. Домашнее задание. Параграфы 77-80.
Р-546
Какую работу совершил воздух массой 290 г при его изобарном нагревании на 20
К и какое количество теплоты ему при этом сообщили.
Q = ∆U + А
А = р∆V =
R∆T = 1660 Дж
∆U = 
R∆T =  А =
2490 Дж
Q =1660 + 2490 = 4150 Дж (Q = ст∆Т = 5800 Дж) | 
