Методическая разработка открытый урок по физике 10 класс по теме Применение первого закона термодинамики к различным изопроцессам

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Максатихинская средняя общеобразовательная школа №1»

Тверская область, пгт. Максатиха

Открытый урок по физике

«Применение первого закона термодинамики к различным изопроцессам»

Разработал:

Учитель физики

МБОУ «Максатихинская СОШ №1»

Розов Владимир Борисович

2015 год

Тема урока:

«Применение первого закона термодинамики к различным изопроцессам»

Цель урока: систематизировать, расширить и углубить знания обучающихся об изопроцессах.

Ход урока.

I. Вопросы для подготовки к восприятию нового материала.

1. Дать определение изотермического, изобарного и изохорного процессов

2. Как выглядят графики изопроцессов в различных осях координат?

3. Сформулировать первый закон термодинамики.

4. В каком случае работа газа положительна? Отрицательна? Равна 0?

5. Что называется внутренней энергией идеального газа?

6. Как зависит внутренняя энергия идеального газа от температуры?

ll. Составление сводной таблицы применения первого закона термодинамики для изопроцессов.

1. Вычертить таблицу с указанием числа строк и столбцов и их размеров.

2. В качестве примера заполнить таблицу для изохорного процесса.

3. Самостоятельно заполнить ту часть таблицы, в которой описываются изотермический и изобарный процессы с последующей проверкой заполнения.

lll. Изучение адиабатного процесса.

1. Из таблицы видно, что в отдельных процессах работа газа и изменение внутренней энергии может равняться 0. Естественно предположить, что и количество теплоты может равняться 0. Это означает, что газ не отдает не получает тепло.

2. Процесс, происходящий без теплообмена с окружающими телами, называется адиабатным.

3. Адиабатный процесс протекает при двух условиях, которые могут выполняться по отдельности или одновременно.

1. Хорошая теплоизоляция. В этом случае тепло не уходит в окружающую среду и не поступает из окружающей среды.

2. Кратковременность. В этом случае тепло не успевает перейти в окружающую среду или прийти из нее.

4. Если происходит адиабатное расширение, то первый закон термодинамики примет вид:

0 = ΔU + A или - ΔU = A .

5. Опыт иллюстрирующий, что это действительно так.

Сводная таблица

Применение первого закона термодинамики к изопроцессам

Процесс

График

Знаки

Запись

первого

закона

термо-

динамики

Формулировка

первого закона

термодинамики

A

ΔU

Q

Изохорный

Нагревание

Охлаждение

0

0

+

-

+

-

Q = ΔU

За счет тепла, которое получает или отдает газ, изменяется его внутренняя энергия

Изотермический

Расширение

Сжатие

+

-

0

0

+

-

Q = A

За счет тепла, которое получает или отдает газ, он совершает работу

Изобарный

Расшир.(нагр.)

Сжатие (охл.)

+

-

+

-

+

-

Q = A +ΔU

За счет тепла, которое получает или отдает газ изменяется его внутренняя энергия, и он совершает работу

Адиабатный

Расширение

Сжатие

+

-

-

+

0

0

-ΔU = A

A_вн = ΔU

За счет убыли внутренней энергии газ совершает работу

За счет работы внешних сил увеличивается внутренняя энергия газа

Проведение опыта.

Толстостенную колбу с капельками воды затыкают пробкой, которая с помощью резинового шланга подсоединяется к нагнетательному клапану насоса. После нескольких качков пробка вылетает, а в колбе образуется туман.

Объяснение опыта.

Воздух выталкивает пробку из колбы, совершая работу. Так как процесс происходит коротко временным, то он является адиабатным. Появление тумана говорит о том, что температура воздуха в колбе понизилась, значит, внутренняя энергия воздуха уменьшилась. Следовательно, действительно газ совершает работу за счет уменьшения своей внутренней энергии.

6. Если происходит адиабатное сжатие, то первый закон термодинамики примет вид:

0 = ΔU+A или -A = ΔU, но -А = А_вн - работе внешних сил

A = ΔU.

В этом случае закон формулируется так:

За счет работу внешних сил увеличивается внутренняя энергия газа. Так как внутренняя энергия увеличивается, то температура должна повышаться.

7. Этот вывод иллюстрируется с помощью воздушного огнива.

Проведение опыта.

В цилиндр прибора для проведения опыта помещается ватка, смоченная эфиром. В цилиндр вставляется поршень и резким движением опускается вниз и тут же вынимается. Наблюдается вспышка воспламенившегося эфира.

Объяснение опыта.

При резком сжатии выполняется условие адиабатного процесса (кратковременность). Поршень перемещается ко дну цилиндра по действием внешней силы (руки), которая совершает работу. Возгорание эфира говорит о том, что температура в цилиндре значительно возросла, значит, увеличилась внутренняя энергия воздуха. Следовательно, действительно, за счет работы внешней силы увеличивается внутренняя энергия.

8. Зависимость давления от объема при адиабатном процессе изображается адиабатой, которая проводится круче, чем изотерма.

9. После этого заполняется последняя строчка таблицы.

10. В заключение рассматривается применение и проявление адиабатного процесса.

1. В дизельных двигателях: воздух в цилиндре при резком сжатии поршнем нагревается до такой степени, что впрыскиваемое в цилиндр топливо воспламеняется (адиабатное сжатие).

2. Насос при накачивании воздуха в камеру нагревается (адиабатное сжатие).

3. Теплый воздух поднимается, расширяется, совершая работу, его внутренняя энергия уменьшается, что приводит к понижению температуры. При этом водяной пар в воздухе становится насыщенным, конденсируется, и образуются облака.

Домашнее задание: сводная таблица, §79.

Используемая литература

1. Физика. 10 класс/ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский: Просвещение, 2011.

2. Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике, 10 класс. - М.: ВАКО, 2006.

3. Физика. 10 класс: Поурочные планы по учебнику Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева, Н.Н. Сотского «Физика. 10 класс»/ авт. - составитель Г.В. Маркина, С.В. Боброва. - Волгоград: Учитель. 2008.

4. Физика: Учебное пособие для 10 класса шк. и классов с углубленным изучением физики/ Ю.И. Дик, О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов и др.: Под редакцией А.А. Пинского. - М.: Просвещение, 1993.