тема урока "Первое начало термодинамики"
Тип урока: Изучения нового материала и первичного закрепления знаний по теме «Первое начало термодинамики»
Цель урока: сформировать у учащихся понятие первого закона термодинамики.
Задачи урока:
Обучающая:
-дать понятие о процессах в термодинамике с энергетических позиций
-объяснить физический смысл уравнения первого закона термодинамики.
-показать, что количество теплоты и работа- это меры изменения внутренней энергии.
-доказать всеобщность закона сохранения энергии.
Воспитывающая:
- воспитывать мировоззрение и единую физическую картину мира;
- воспитывать дисциплинированность, ответственное отношение к учебному труду;
- выработка личностных качеств: аккуратности, внимательности при заполнении тетрадей, точности ответов;
- показать тесную связь физики с жизнью;
Развивающая:
- развивать у учащихся логическое мышление, сообразительность и вычислительные навыки при решении задач.
- расширить политехнический кругозор учащихся.
Ход урока.
І. Организационный этап. Цели этапа: -создание позитивного эмоционального настроя учеников на урок; -погружение в метатему.
Учитель: Здравствуйте! Садитесь! Сегодня у нас Вами необычный урок, поскольку изучение нового материала по физике мы с Вами совместим информционно-коммуникационными технологиями или электронными образовательными ресурсами. Кроме того, у каждого из Вас на рабочем столе есть рабочая карта урока. Прошу Вас познакомиться с рабочей картой и заполнять ее по мере продвижения по этапам урока. Итак, в добрый путь.
ІІ. Этап целеполагания и мотивации. Слайд 1
Цели этапа:
-создание через проблемную ситуацию условий для возникновения у учеников внутренней потребности включения в учебную деятельность;
-наметить шаги учебной деятельности. Организация образовательного пространства: в ходе фронтальной эвристической беседы подвести учеников к необходимости установить зависимость между внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты.
Создание проблемной ситуации.Слайд 2
Учитель: Знакомы ли вам устройства, представленные на слайде? Ученики: Отвечают. Учитель: Это вечные двигатели - воображаемые устройства, способные бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Нам с раннего детства известно, что это невозможно. А почему? Можете ли вы аргументировано объяснить? Не хватает знаний, познания. Именно на этот вопрос мы ответим на сегодняшнем уроке. Учитель: Итак, в соответствии с классическим определением, вечный двигатель – это машина, которая, будучи один раз запущена в ход, совершала бы полезную работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергию извне. Т.е. энергия, содержащаяся в окружающей среде, не используется для пополнения энергии движущихся частей механизма двигателя. Но как мы знаем из закона сохранения энергии «Энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает», количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую. Как же объяснить с этой точки зрения невозможность работы вечного двигателя? Слайд 3
У учеников возникают затруднения. Учитель: Чтобы найти выход из сложившейся проблемной ситуации необходимо размышлять.
ІІІ. Этап актуализации знаний. Слайд 4
Задание группам:
проблема - ключевые понятия - связь между ними
Учитель: Используя данную схему, обсудить, какие ключевые понятия необходимы для разрешения данной проблемы? Вам необходимо из многообразия физических понятий выбрать те понятия, которые характеризуют энергетическое состояния системы. Предлагаю Вам поразмышлять, обсудить в группах в течение 1 мин какие ключевые понятия нам необходимы для разрешения данной проблемы? (Обучающиеся обсуждают в малых группах проблемную ситуацию, выбирают ключевые понятия) (После обсуждения заслушать предложения. Выделить из предложенных ключевые понятия темы). Учитель: Итак, какие ключевые понятия Вы выделили? Заполним схему. Слайд 5 Проблемная ситуация:
Почему невозможно создать вечный двигатель?
Ключевые понятия: • Внутренняя энергия • Способы изменения внутренней энергии • Работа • Количество теплоты Учебная задача: установить связь между внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты
Первый закон термодинамики
Ввод ключевых понятий: • Внутренняя энергия ΔU, основное понятие термодинамики, зависит от температуры и объема. Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре:
. • Способы изменения внутренней энергии. Вспомним их. Кнопка: (Просмотр видео «Манометр с теплоприемником») Деформируя теплоприемник изменили давление газа в нем, т.е. совершили работу и следовательно изменили внутреннюю энергию газа в теплоприемнике. Газ в свою очередь совершает работу над столбом жидкости и поднимает уровень жидкости в свободном колене. При нагревании, изменение внутренней энергии газа в теплоприемнике происходит через теплопередачу. Газ совершает работу над столбом жидкости и поднимает ее в свободном колене.
• Работа. Помним, что работа внешней силы, изменяющей при постоянном давлении объем газа на , равна . Работа газа (силы давления газа) , где - давление газа.
• Количество теплоты. Количественная мера изменения внутренней энергии без совершения работы, при теплообмене (теплопроводность, конвекция, излучение). Внутренняя энергия тела меняется при нагревании и охлаждении, при парообразовании и конденсации, при плавлении и кристаллизации. Во всех случаях телу передается или от него отнимается некоторое количество теплоты.
Формулировка учебной задачи:
Учитель: Для решения нашей проблемы нам нужно установить связь между внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты. Учитель: Мы с Вами уже говорили о том, что термодинамики была создана в середине 19 века после открытия закона сохранения энергии. Так вот закон сохранения и превращения энергии, распространенный на тепловые явления носит название первого закона термодинамики. Учитель: Сформулируйте тему урока. Заполните рабочие карты №№ 1-2 (2 мин)
ІV. Этап первичного усвоения материала.
Цель этапа: изучить теоретический материал; установить связь между внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты; разрешить проблемную ситуацию; объяснить невозможность создания вечного двигателя. Учитель: В термодинамике рассматриваются тела, механическая энергия которых остается постоянной, из-за постоянного положения центра тяжести, изменяться может лишь внутренняя энергия тела. До сих пор, мы рассматривали процессы, в которых внутренняя энергия системы изменялась либо за счет совершения работы (шайба, тормозящая об лед), либо за счет теплообмена с окружающими телами (тело над пламенем горелки). В общем случае внутренняя энергия изменяется одновременно как за счет совершения работы, так и за счет передачи теплоты. Первый закон термодинамики формулируется именно для таких общих случаев.
Итак, первый закон термодинамики: Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты переданного системе: . Часто вместо работы внешних тел над системой рассматривают работу системы над внешними телами, учитывая что , первый закон термодинамики можно записать так: . Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами. Учитель: Заполните рабочие карты № 3(1). (2 мин)
Слайд 7. Учитель: При использовании первого закона термодинамики (изменения внутренней энергии) для описания энергетического состояния термодинамической системы, следует обратить внимание на «движение» энергии к системе или от неё. Знаки «+» относятся к случаям, когда система приобретает энергию извне. Т.е. изменение внутренней энергии системы происходит из-за совершения над системой работы и получения системой тепла от окружающий тел. Знаки «-» относятся к случаям, когда энергия поступает от системы к окружающим телам. Т.е. внутренняя энергия системы расходуется на совершение работы внутренними силами и на передачу тепла окружающим систему телам. Учитель: Заполните рабочие карты № 3(2). (2 мин)
Анализ учебной информации: Слайд 8.
Учитель: Попробуем записать первый закон термодинамики для следующих состояний системы.
1. внутренняя энергия системы изменяется за счет совершения над системой работы внешних сил и нагревания системы.
2. внутренняя энергия изменяется за счет совершения системой работы и охлаждения системы.
3. внутренняя энергия изменяется за счет совершения над системой работы внешних сил и охлаждения системы. Учитель: Заполните рабочие карты № 3(3). (1 мин)
V. Осознание и осмысление учебной информации.
Цели: - оценить степень осознания и осмысления учебной информации для объяснения невозможности создания вечного двигателя. По выполнению заданий можно судить о степени понимания и осознания учебного материала. Слайд 9 Учитель: Вернемся к нашей проблеме.
Проблемная ситуация: Почему невозможно создать вечный двигатель.
Учитель: Обратим внимание на формулировку первого закона термодинамики относительно работы внутренних сил системы: . Из неё следует, что любая машина может совершить работу над внешними телами только за счет изменения ΔU внутренней энергии или получения извне некоторого количества теплоты Q: дописать формулу от руки По определению вечный двигатель должен работать без энергетических ресурсов и затрат топлива.
Слайд 10 Разрешение проблемы:
Если к системе не поступает тепло Q=0, то работа согласно формуле может быть совершена только за счет убыли внутренней энергии:Q=U+A . После того как запас энергии окажется исчерпанным, двигатель перестанет работать. Из первого закона термодинамики вытекает невозможность создания вечного двигателя. Учитель: Заполните рабочую карту № 3(4). Наша проблемная ситуация разрешена!
VІ. Первичное закрепление учебного материала. Слайд 14
Цель: первичное закрепление учебного материала по теме урока.
Организация образовательного пространства:
фронтальная работа с классом Обучающиеся читают условия задачи. Выбирают правильный ответ.
Слайд 15 1. Газ в сосуде сжали, совершив работу 25 Дж. Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на 30 Дж. Следовательно
1. газ получил извне количество теплоты, равное 5 Дж
2. газ получил извне количество теплоты, равное 55 Дж
3. газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 5 Дж
4. газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное 55 Дж
Слайд 16 2. В тепловом двигателе газ получил 300 Дж тепла и совершил работу 36 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа?
1. уменьшилась на 264 Дж
2. уменьшилась на 336 Дж
3. увеличилась на 264 Дж
4. увеличилась на 336 Дж
Слайд 17 3. Чему равно изменение внутренней энергии газа, если ему передано количество теплоты 300 Дж и внешние силы совершили работу 500 Дж?
1. -200Дж
2. 00 Дж
3. 800Дж
4. -800Дж
Слайд 18 4. Внутренняя энергия гири увеличивается, если
1. гирю поднять на 2 м
2. гирю нагреть на 2о С
3. увеличить скорость гири на 2 м/с
4. подвесить гирю на пружине, которая растянется на 2 см
2. Работа с ЭОР.
Цель: первичная проверка знаний обучающихся по теме «Первое начало термодинамики»
Организация образовательного пространства: фронтальная работа с ОМС тестом, самостоятельная работа на ПК. Самостоятельная работа на ПК: обучающиеся проходят компьютерный тест (презентация PowerPoint). Фронтальная работа с ОМС тестом: в практический модуль включены интерактивных заданий различных типов с возможностью автоматизированной проверки для закрепления знаний по теме "Первый закон термодинамики" для старшей школы. Обучающиеся заносят ответы в рабочую карту №4. Оценку по пятибалльной системе можно выставить по следующему принципу:
«5» ставится, если 8-9 баллов
«4» ставится, если 6– 7 баллов
«3» ставится, если 4 - 5 баллов
«2» ставится, если < 4 баллов
VІ І. Информация о домашнем задании.
§ 78 Стр. 189 Пример 2 решения задач (конспект) с 236, Упр. 15 (2, 5)
Оценка деятельности
Обоснуйте важность понимания первого закона термодинамики.
Учитель: В природе непрерывно и многообразно совершается обмен энергией между отдельными телами и их система. Общие законы этого обмена определяют законы термодинамики. Сегодня вы познакомились с первым законом. Попробуйте оценить свою работу на уроке по 10-бальной шкале.
1.Как я усвоил материал? - Получил прочные знания, усвоил весь материал - 9 - 10 баллов. - Усвоил новый материал частично - 7 - 8 баллов. - Мало, что понял, необходимо еще поработать - 4 – 5 баллов.
2.Как я работал? Где допустил ошибки? Удовлетворен ли своей работой? - Со всеми заданиями справился сам, удовлетворен своей работой – 9 – 10 баллов. - Допустил ошибки – 7 – 8 баллов. - Не справился 4 – 6 баллов.
3.Как работала группа? - Дружно, совместно разбирали задания – 9 – 10 баллов. - Работа была вялая, неинтересная, много ошибок – 4 – 5 баллов. Учитель: Спасибо за работу! Урок окончен!
