Игровой урок по физике Основы термодинамики

Итоговый урок по физике "Космическое путешествие" на тему: "Основы термодинамики"

"Не знаю, кем я могу казаться миру, но самому себе я кажусь мальчиком,
играющим у моря, которому удалось найти более красивый камушек,
чем другим; но океан неизвестного лежит передо мной".

Исаак Ньютон

Цели урока:

• Образовательная: используя игровую форму, скорректировать знания учащихся по данной теме.

• Развивающие:

  • развивать умения систематизировать, сопоставлять, сравнивать, обобщать, делать выводы;

  • развивать навыки и умения при решении задач в работе со справочной литературой.

• Воспитаельная: воспитывать коммуникабельность, доброжелательность, взаимовыручку, умение слушать и слышать друг друга.

Цели для учащихся:

• знать определения, классификацию, область применения данных законов;

• уметь записывать количественные зависимости между термодинамическими параметрами в газовых законах;

• уметь предсказывать изменения, происходящие с газом при переходе его из одного состояния в последующее;

• уметь анализировать и конкретизировать данную ситуацию.

№ УЭ

Учебный материал с указанием заданий

1.

Мотивационно-проблемная часть.

Цель: постановка проблемы и пути ее решения.

Эпиграфом нашего урока являются слова великого физика Исаака Ньютона. Как много он сделал для развития физики и как это ничтожно мало по сравнению с теми тайнами и загадками, которые еще скрывает от нас природа, и которые может быть, покорятся нам в будущем. Так не будем терять ни минуты и прямо сейчас отправимся в космическое путешествие по морям, но не земным, а лунным. Итак, мы - астронавты, а я ваш гид. А компасом в нашем космическом путешествии будет "Первое начало термодинамики":

Количество теплоты, переданное термодинамической системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними силами.

Итак, компас перед нами, старт! Рассекая космическое пространство со скоростью мысли, мы с вами произвели посадку на Луне.

2.

Вводный контроль.

Цель: проверка основных терминов, понятий и законов.

(Фронтальный опрос)

Прилунились мы на дне "МОРЯ ХОЛОДА". И хотя лунные моря лишены воды, но они не лишены опасностей. И чтобы согреться и продолжить наше путешествие, нам необходимо вспомнить основные понятия, термины и законы термодинамики. А поможет нам в этом компас.
Какие ключевые слова лежат в основе нашего компаса?

• Количество теплоты

• Внутренняя энергия

• Работа

1. Какой раздел в физике называется термодинамикой?

2. Что включает в себя понятие "термодинамическая система"?

3. Что мы понимаем под внутренней энергией тела?

4. Что мы понимаем под внутренней энергией газа? От чего она зависит.

5. Какие способы изменения внутренней энергии мы знаем?

6. Перечислите виды теплопередачи.

7. Каким из вышеперечисленных способов в системе Солнце-Луна изменяется внутренняя энергия Луны?

8. Что такое количество теплоты?

9. Как называются тепловые процессы, изученные ними, которые связаны либо с потерей тепла, либо с получением?

10. Можно ли рассчитать количество теплоты, полученное Луной от Солнца, если на протяжении одних лунных суток (29,5 земных суток) температура изменяется на 300К? Что необходимо для этого знать? (Учтите, что на глубине всего нескольких десятков сантиметров грунт Луны сохраняет свою температуру практически неизменной в течение суток.)

11. Что мы понимаем под "работой газа" в термодинамике?

Вот мы и согрелись и, продолжая наше космическое путешествие, направляемся, повинуясь нашему компасу, дальше. Что же нас ждет дальше?

3.

Проверка домашнего задания.

Цель: проверка и анализ решения домашней задачи.

А впереди нас ждет удивительное "МОРЕ ЯСНОСТИ". Где нам предстоит выяснить, как вы справились с домашним заданием. Только при положительном результате мы с вами сможем продолжить наше космическое путешествие по морям Луны.

Задача. Объем водорода при изотермическом расширении при температуре 27⁰С увеличился в 3 раза. Определить работу, совершенную газом, и количество теплоты, полученное при этом. Масса водорода 200 г.

Итак, мы покидаем "Море ясности". Спокойно пролетая над "МОРЕМ СПОКОЙСТВИЯ", и, конечно, минуя "МОРЕ КРИЗИСОВ", совершим посадку на дне "МОРЯ ИЗОБИЛИЯ". И хотя луна практически лишена атмосферы, именно находясь здесь, нам предстоит вспомнить основные свойства газов и законы, которым они подчиняются. И вновь нам поможет наш компас.

• основные свойства газов;

• газовые законы (формулировка закона, кем и когда открыт, математическая запись закона);

• применим компас для газовых законов (применение 1-го начала термодинамики к газовым законам).

Замечательно! Вперед! Но что это, мы не можем сдвинуться с места. Оказывается нам необходимо проверить наши знания на практике, разгадать задачу-диаграмму.

4.

Задача-диаграмма

Цель: проверка практического применения полученных знаний, умений и навыков при решении задач.

Разгадай данную диаграмму и узнай конечный пункт нашего космического путешествия по морям Луны?

5.

Справившись со всеми трудностями, мы продолжаем наш полет. Наш конечный пункт - "МОРЕ ПОЗНАННОЕ". Но впереди нас еще ждет не менее интересное посещение морей с многозначительными названиями: "МОРЕ ОБЛАКОВ", "МОРЕ ПАРОВ", "МОРЕ ВЛАЖНОСТИ", "МОРЕ ДОЖДЕЙ".

Так о чем же сейчас пойдет речь? О каких тепловых процессах?

• Парообразование. Конденсация.

• Назовите способы парообразования?

• В чем сходство и различие процессов испарения и кипения?

• Насыщенные и ненасыщенные пары.

• Точка росы.

• Что такое влажность воздуха? (Абсолютная и относительная)

• Какие способы, для определения относительной влажности, вам известны.

• Что происходит, если относительная влажность воздуха становится равна 100%?

Конечно, выпадают осадки (дождь). И мы как раз с вами покидаем "МОРЕ ДОЖДЕЙ". Скоро наш конечный пункт, откуда нам предстоит, покинув Луну, взять курс на Землю. Вот и "МОРЕ ПОЗНАННОЕ".

6.

Контроль на выходе

Цель: коррекция умений учащихся и итоговая аттестация по данной теме.

Получив итоговый тест, приступай к решению. Получи свой КПД.
Рефлексия: Получив результат, переведи его по пятибалльной шкале в оценочный балл.

100%-90%
80%"
70%
менее 50%

оценка
"5"
"4"
"3"
"2"

Подведи итог. Вывод.

Итоговый тест

• Постоянная Авогадро N_A = 6,02 ^. 10²³ моль^-1.

• Универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж/К моль.

• Постоянная Больцмана k = 1,38 ^. 10^-23 Дж/К.

• Объем одного моля газа при нормальных условиях V_M = 22,4 л.

• Молярная масса азота М = 28 г/моль.

• Молярная масса кислорода М = 32 г/моль.

• Молярная масса водорода М = 2,0 г/моль.

• Удельная теплоемкость алюминия с = 0,90 ^. 10³ Дж/кг К

• Удельная теплоемкость меди с = 0,38 ^. 10³ Дж/кг К

• Удельная теплоемкость свинца с = 0,13 ^. 10³ Дж/кг К

• Удельная теплота плавления льда l = 333 ^. 10³ Дж/кг.

• Удельная теплота плавления меди l = 175 ^{. .} 10³ Дж/кг.

• Удельная теплота плавления свинца l = 25 ^. 10³ Дж/кг.

1. Газ в сосуде расширился, совершив работу 20 Дж. Внутренняя энергия при этом увеличилась на 30 Дж.

1. Газ получил количество теплоты, равное 10 Дж

2. Газ получил количество теплоты, равное 50 Дж

3. Газ отдал количество теплоты, равное 10 Дж

4. Газ отдал количество теплоты, равное 50 Дж

2. В тепловом двигателе за полный цикл газ получил 500 Дж тепла и отдал 300 Дж тепла. Определите работу, совершенную газом.

1. 800Дж

2. 200 Дж

3. - 200 Дж

4. Для ответа не хватает данных

3. Какую работу совершает газ, при переходе из первого состояния во второе?

1. 12 кДж

2. - 8 кДж

3. 8 кДж

4. -1,2 кДж 2

4. В каком состоянии объем газа больше?

1. В первом.

2. Во втором 2

3. Одинакова

4. Недостаточно данных

5. Азот N₂ массой 2,4 г находится в сосуде под невесомым поршнем при нормальных условиях (р = 10⁵ Па, Т = 273 К). Какой объем занимает этот газ?

1. 1,9 л

2. 1,7 л

3. 27 л

4. 15 л

6. Чему равна концентрация молекул водорода Н₂ при нормальных условиях (р=10⁵Па, Т=273 К).

1. 1,9х10²⁵ м^-3

2. 2,7х10²⁵ м^-3

3. 2,2х10¹⁹ м^-3

4. 2,7х10²³ м^-3

7. Концентрация молекул газа в сосуде 0,80х10²⁸ м^-3. Давление при постоянном объеме изменилось на 0,3 МПа. На сколько изменилась температура газа?

1. 1,0 К

2. 2,7 К

3. 1,5 К

4. 2,0 К

8. Какое количество тепла надо сообщить, чтобы расплавить 1,5 кг льда?

1. 0,20 МДж

2. 0,67 МДж

3. 0,35 МДж

4. 0,50 МДж

9. На сколько изменилась внутренняя энергия 1,5 кг железа при нагревании от 20 ⁰С до 100 ⁰С?

1. 11 МДж

2. 0,55 МДж

3. 0,16 МДж

4. 0,32 МДж

10. В идеальном газе абсолютная температура увеличилась в два раза. Во сколько раз изменилась средняя квадратичная скорость молекул?

1. увеличилась враз

2. увеличилась в 2 раза

3. уменьшилась 2 раза

4. уменьшилась враз

Используя код к тесту, проведите самоанализ и определите свой КПД.
Мы можем покинуть Луну, если наш КПД получился 75% и более. А теперь - на Землю! Внимание! Старт!
Наше космическое путешествие закончено, но океан неизвестного лежит перед нами. И нам всю жизнь придется плыть по нему, узнавая и открывая все новые и новые тайны и загадки. Оценки за урок…

Домашнее задание: творческая работа "Тепловые параметры человека" (реферат).

Цель: используя справочные данные, дайте оценку термодинамическим параметрам человека.

Тепловые параметры человека:

1. нормальная температура тела 36,7⁰С;
2. температура отдельных участков тела:

• лба - 33,4⁰С;

• ладони рук - 32,8⁰С;

• подошвы ног - 30,2⁰С;

3. температура замерзания (плавления) крови от - 0,56⁰ до - 0,58⁰С;
4. удельная теплоемкость крови - 3900Дж/(кг К);
5. масса воды, испаряющаяся с поверхности кожи и легких в сутки 0,8 - 2 кг;
6. наиболее благоприятная для жизни человека относительная влажность 40% - 60%

Урок окончен. До свидания. Всем большое спасибо.