Конспект урока «Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты. Теплоемкость» по физике для 10 класса

Урок № 35 10 класс

Тема: Внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Количество теплоты. Теплоемкость.

Цель урока: повторить понятие внутренней энергии и способы ее изменения, вывести формулу для определения внутренней энергии идеального газа, рассмотреть изменение внутренней энергии во всех изопроцессах происходящих в идеальном газе.

Оборудование: проектор, презентация «Способы изменения внутренней энергии»

Основное содержание урока:

1. Орг. момент

2. Проверка домашнего задания

- изотермический газовый процесс

- изобарный газовый процесс

- изохорный газовый процесс

3. Повторение материала 8 класса по теме «Внутренняя энергия и способы ее изменения»

Суммарную энергию движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией тела.

Способы изменения внутренней энергии.

ВЫВОД: внутреннюю энергию тела можно изменить, совершая над телом работу.

Если работу совершаем мы над телом, то внутренняя энергия увеличивается, а если работу совершает само тело, то внутренняя энергия уменьшается.

ВЫВОД: внутреннюю энергию можно изменить путем совершения над ним работы.

Можно изменить внутреннюю энергию не совершая над ним работы.

ВЫВОД: внутреннюю энергию тела можно изменить путем теплопередачи.

Та энергия, которую тело отдает или получает в результате теплообмена, называют количеством теплоты.

Обозначается Q, измеряется в джоулях как и работа.

Теплопередача может осуществляться тремя способами:

- теплопроводностью

- конвекцией

- излучением.

А) Теплопроводность

Теплопроводность – это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии, от частиц более нагретой части тела к частицам менее нагретой части тела.

Вывод: наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. У жидкостей теплопроводность невелика, а у газов она еще меньше, так как молекулы их находятся далеко друг от друга и передача энергии от одной частицы к другой затруднена.

Б) Конвекция

Конвекция – это теплообмен в жидкостях и газообразных средах, осуществляемых потоками вещества.

Вывод: жидкости и газы следует нагревать снизу, так как передача тепла происходит снизу вверх.

В) Лучистый теплообмен

Лучистый теплообмен – это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами. Это могут быть солнечные лучи, а так же лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

4. Объяснение нового материала

-Внутренняя энергия

Любое тело (газ, жидкость или твердое) обладает энергией, даже если кинетическая  и потенциальные энергии самого тела нулевые. То есть тело не имеет скорости и находится на Земле. Эта энергия называется внутренней, обусловлена она движением и взаимодействием частиц, из которых состоит тело.

Внутренняя энергия состоит из кинетической и потенциальной энергии частиц поступательного и колебательного движений, из энергии электронных оболочек атомов, из внутриядерной энергии и энергии электромагнитного излучения.

Внутренняя энергия зависит от температуры. Если изменяется температура, значит, изменяется внутренняя энергия.

-Количество теплоты

Это энергия, которую получает или отдает система в процессе теплообмена. Обозначается символом Q, измеряется, как любая энергия, в Джоулях.

В результате различных процессов теплообмена энергия, которая передается, определяется по-своему.

Нагревание и охлаждение

Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле

Удельная теплоемкость вещества с измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания единицы массы данного вещества на 1К. Для нагревания 1кг стекла или 1кг воды требуется различное количество энергии. Удельная теплоемкость - известная, уже вычисленная для всех веществ величина, значение смотреть в физических таблицах.

Теплоемкость вещества С - это количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела без учета его массы на 1К.

Плавление и кристаллизация

Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Обратный переход называется кристаллизацией.

Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле

Удельная теплота плавления известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Парообразование (испарение или кипение) и конденсация

Парообразование - это переход вещества из жидкого (твердого) состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией.

Удельная теплота парообразования известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Горение

Количество теплоты, которое выделяется при сгорании вещества

Удельная теплота сгорания известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Для замкнутой и адиабатически изолированной системы тел выполняется уравнение теплового баланса. Алгебраическая сумма количеств теплоты, отданных и полученных всеми телами, участвующим в теплообмене, равна нулю:

Q₁+Q₂+...+Q_n=0

-Работа

В термодинамике работа - это взаимодействие системы с внешними объектами, в результате чего изменяются параметры системы

Рассмотрим цилиндр с идеальным газом, который находится под подвижным поршнем. Пусть внешняя сила, действующая на поршень, перемещает его из состояния 1 в состояние 2

Работа силы равна . Со стороны газа на поршень действуют сила, равная произведению давлению газа на поршень и площадь сечения поршня . Подставив вторую формулу в первую, получим .

Знак "-" в формуле означает, что при уменьшении объема (как в нашем примере, ) работа внешних сил положительная. И наоборот, когда газ расширяется, работа внешней силы, удерживающей поршень, отрицательная.

Графическое определение работы

Строим график процесса p(V). Определяем на графике точки, которые соответствуют состоянию системы в 1 и 2 состояниях. Площадь фигуры под графиком - есть термодинамическая работа самой системы. Внешняя работа над системой равна работе системы, но с противоположным знаком 

Работа термодинамической системы при изобарном процессе

Работа термодинамической системы при изотермическом процессе

При изохорном процессе объем не изменяется, работа равна нулю A=0.

5. Закрепление

№1. На ри­сун­ке при­ве­ден гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры твер­до­го тела от от­дан­но­го им ко­ли­че­ства теп­ло­ты.

Масса тела 4 кг. Ка­ко­ва удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства этого тела?

1)  
2)  
3)  
4) 

№2. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж
2) 4 кДж
3) 6 кДж
4) 8 кДж

№3. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж
2) 4 кДж
3) 6 кДж
4) 8 кДж

№4. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж
2) 4 кДж
3) 6 кДж
4) 8 кДж

6. Домашнее задание §72-74, упр. №4

7. Подведение итогов урока

Урок № 18 17.01.2014 10 класс (эл. курс)

Тема: Решение задач на определение работы и внутренней энергии идеального газа при изопроцессах.

Цель урока: рассмотреть изменение внутренней энергии во всех изопроцессах происходящих в идеальном газе, работа графиками изопроцессов.

Основное содержание урока:

1. Орг. момент

2. Повторение:

- Внутренняя энергия

- Способы изменения внутренней энергии:

- совершение работы

- теплообмен

3. Решение задач:

№1. На ри­сун­ке при­ве­ден гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры твер­до­го тела от от­дан­но­го им ко­ли­че­ства теп­ло­ты.

Масса тела 4 кг. Ка­ко­ва удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства этого тела?

1)  2)   3)   4) 

№2. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж 2) 4 кДж 3) 6 кДж 4) 8 кДж

№3. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж 2) 4 кДж 3) 6 кДж 4) 8 кДж

№4. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж 2) 4 кДж 3) 6 кДж 4) 8 кДж

A 9 № 905. За­ви­си­мость тем­пе­ра­ту­ры 0,2 кг пер­во­на­чаль­но га­зо­об­раз­но­го ве­ще­ства от ко­ли­че­ства вы­де­лен­ной им теп­ло­ты пред­став­ле­на на ри­сун­ке.

Ка­ко­ва удель­ная теп­ло­та па­ро­об­ра­зо­ва­ния этого ве­ще­ства? Рас­смат­ри­ва­е­мый про­цесс идет при по­сто­ян­ном дав­ле­нии.

1)   2)   3)   4) 

A 9 № 922. Твер­дое ве­ще­ство на­гре­ва­лось в со­су­де. В таб­ли­це при­ве­де­ны ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний его тем­пе­ра­ту­ры с те­че­ни­ем вре­ме­ни.

Время, мин.

Через 22 ми­ну­ты после на­ча­ла из­ме­ре­ний в со­су­де на­хо­ди­лось ве­ще­ство

1) толь­ко в твер­дом со­сто­я­нии
2) толь­ко в жид­ком со­сто­я­нии
3) и в жид­ком, и в твер­дом со­сто­я­нии
4) и в жид­ком, и в га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии

A 9 № 923. Твер­дое ве­ще­ство мед­лен­но на­гре­ва­лось в со­су­де. В таб­ли­це при­ве­де­ны ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний его тем­пе­ра­ту­ры с те­че­ни­ем вре­ме­ни.

Время, мин.

Через 34 ми­ну­ты после на­ча­ла из­ме­ре­ний в со­су­де на­хо­ди­лось ве­ще­ство

1) толь­ко в твер­дом со­сто­я­нии
2) толь­ко в жид­ком со­сто­я­нии
3) и в жид­ком, и в твер­дом со­сто­я­нии
4) и в жид­ком, и в га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии

A 9 № 1037. На ри­сун­ке по­ка­зан гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры Т ве­ще­ства от вре­ме­ни t.

В на­чаль­ный мо­мент вре­ме­ни ве­ще­ство на­хо­ди­лось в кри­стал­ли­че­ском со­сто­я­нии. Какая из точек со­от­вет­ству­ет на­ча­лу про­цес­са плав­ле­ния ве­ще­ства?

1) 5 2) 2 3) 3 4) 6

A 9 № 1226. На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры Т воды мас­сой m от вре­ме­ни t при осу­ществ­ле­нии теп­ло­от­во­да с по­сто­ян­ной мощ­но­стью Р.

В мо­мент вре­ме­ни  вода на­хо­ди­лась в га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии. Какое из при­ве­ден­ных ниже вы­ра­же­ний опре­де­ля­ет удель­ную теп­ло­ту кри­стал­ли­за­ции воды по ре­зуль­та­там этого опыта?

1)   2)   3)   4) 

A 9 № 3329.  Че­ты­ре ме­тал­ли­че­ских брус­ка по­ло­жи­ли вплот­ную друг к Другу, как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Стрел­ки ука­зы­ва­ют на­прав­ле­ние теп­ло­пе­ре­да­чи от брус­ка к брус­ку. Тем­пе­ра­ту­ры брус­ков в дан­ный мо­мент 100 °С, 80 °С, 60 °С, 40 °С. Тем­пе­ра­ту­ру 60 °С имеет бру­сок

1) A 2) B 3) C 4) D

A 9 № 3403.  На ри­сун­ке изоб­ра­же­но че­ты­ре брус­ка. Стрел­ки по­ка­зы­ва­ют на­прав­ле­ние теп­ло­пе­ре­да­чи от од­но­го брус­ка к дру­го­му. Самую вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру имеет бру­сок

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

A 10 № 1032. При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3 газ со­вер­ша­ет ра­бо­ту

1) 2 кДж 2) 4 кДж 3) 6 кДж 4) 8 кДж

A 10 № 1108. На ри­сун­ке по­ка­за­но, как ме­ня­лось дав­ле­ние иде­аль­но­го газа в за­ви­си­мо­сти от его объ­е­ма при пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 2, а затем в со­сто­я­ние 3.

Ка­ко­во от­но­ше­ние работ газа  на этих двух от­рез­ках P—V-диа­грам­мы?

1) 6 2) 2 3) 3 4) 4

A 10 № 1204. Какую ра­бо­ту со­вер­ша­ет газ при пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния 1 в со­сто­я­ние 3?

1) 10 кДж 2) 20 кДж 3) 30 кДж 4) 40 кДж

A 10 № 1230. На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик за­ви­си­мо­сти тем­пе­ра­ту­ры Т воды мас­сой m от вре­ме­ни t при осу­ществ­ле­нии теп­ло­от­во­да с по­сто­ян­ной мощ­но­стью P.

В мо­мент вре­ме­ни  вода на­хо­ди­лась в га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии. Какое из при­ве­ден­ных ниже вы­ра­же­ний опре­де­ля­ет удель­ную теп­ло­ем­кость жид­кой воды по ре­зуль­та­там этого опыта?

1)   2)   3)   4) 

A 10 № 4488.  На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик цикла, про­ведённого с од­но­атом­ным иде­аль­ным газом. На каком из участ­ков внут­рен­няя энер­гия газа умень­ша­лась? Ко­ли­че­ство ве­ще­ства газа по­сто­ян­но.

1) DA 2) АВ 3) CD 4) ВС

A 10 № 4733.  На ри­сун­ке при­ведён цикл, осу­ществ­ля­е­мый с иде­аль­ным газом. Ра­бо­та не со­вер­ша­ет­ся на участ­ке

1) AB 2) BC 3) CD 4) DA

A 10 № 4873.  На ри­сун­ке при­ведён цикл, осу­ществ­ля­е­мый с иде­аль­ным газом. Ра­бо­та не со­вер­ша­ет­ся на участ­ке

1) AB 2) BC 3) CD 4) DA

8. Домашнее задание §75-77, повторить

9. Подведение итогов урока