Отдел образования, спорта и туризма Гомельского горисполкома

Отдел образования, спорта и туризма Гомельского горисполкома
ГУО «Гимназия №36 г. Гомеля имени И. Мележа»
План-конспект открытого урока по теме (10 классы):
«Решение задач на тему: первый закон термодинамики. Применение
первого закона термодинамики к изопроцессам в идеальном газе. Адиабатный процесс»
Учитель физики:
Сазонов Д.М
Гомель, 2013
ПЛАН УРОКА.
Тема: Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам в идеальном газе. Адиабатный процесс
Цель: Изучить основные способы решения задач на применение первый закон термодинамики и основные следствия из него. Освоить навыки и
умения необходимые для правильного и эффективного применения первого
закона термодинамики на практике. Ввести понятие об адиабатном процессе,
как о еще одной разновидности изопроцессов. Рассмотреть математические
способы определения термодинамических величин (внутренняя энергия, количество теплоты).
Хронометраж урока:
организационный момент
- 3 мин
викторина
-10 мин
решение задач в группах
-20 мин
контроль знаний
-10 мин
домашнее задание
-2 мин
Ход урока
Викторина
Всех учеников в классе необходимо разделить на четыре группы по четыре-пять человек. Каждой из групп будет дан набор карточек с изображением букв относящихся к различным термодинамическим величинам. Задача
заключается в следующем: составить выражения для первого начала термодинамики, применительно к изопроцессам. Эти выражения имеют следующий вид:
в изотермическом процессе температура газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ΔU = 0
Q = A.
В изохорном процессе (V = const) газ работы не совершает, A = 0. Следовательно,
Q = ΔU = U (T2) – U (T1).
Здесь U (T1) и U (T2) – внутренние энергии газа в начальном и конечном состояниях. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (закон Джоуля). При изохорном нагревании тепло поглощается газом
(Q > 0), и его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении тепло отдается внешним телам (Q < 0).
В изобарном процессе (p = const) работа, совершаемая газом, выражается соотношением
A = p (V2 – V1) = p ΔV.
Первый закон термодинамики для изобарного процесса дает:
Q = U (T2) – U (T1) + p (V2 – V1) = ΔU + p ΔV.
При изобарном расширении Q > 0 – тепло поглощается газом, и газ совершает положительную работу. При изобарном сжатии Q < 0 – тепло отдается
внешним телам. В этом случае A < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, T2 < T1; внутренняя энергия убывает, ΔU < 0.
В адиабатическом процессе Q = 0; поэтому первый закон термодинамики принимает вид
A = –ΔU,
т. е. газ совершает работу за счет убыли его внутренней энергии.
На плоскости (p, V) процесс адиабатического расширения (или сжатия) газа
изображается кривой, которая называется адиабатой. При адиабатическом
расширении газ совершает положительную работу (A > 0); поэтому его внутренняя энергия уменьшается (ΔU < 0). Это приводит к понижению температуры газа.
Таким образом, требуется сделать карточки с следующими символами:
A, –ΔU, p, Q , ΔV.
Конкурс решения задач
Сущность конкурса состоит в решении задач разных уровней сложности на конкурентной основе. То есть, каждой из четырех групп предлагается
задача (для равенства условий, одна и та же) для независимого решения.
Первая решившая группа получает наивысший (предусмотренный для данной задачи) балл, прочие группы – по нисходящей. В результате, общая сумма баллов, набранная командами, будет коррелировать с оценкой в десятибалльной шкале, это позволит всем выставить оценки в конце урока. Итоговые оценки будут напрямую зависеть от интенсивности работы учащихся.
Далее приведен приблизительный перечень задач, которые будут предлагаться к решению.
1. В некотором процессе газ совершил работу A=30 Дж, получив при
этом количество теплоты Q=50 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа? Ответ: 20 Дж. (10 баллов)
3. В начальном состоянии внутренняя энергия идеального газа U1=25
Дж. Газ изохорно нагрели, сообщив ему, количество теплоты Q=50 Дж.
Определите величину внутренней энергии в конечном состоянии. Ответ: 75
Дж. (20 баллов)
3. Идеальный газ, находящийся под давлением p=2∙105 Па и количеством 2 моль, изобарно нагрелся от температуры T1=300 К до T2=370 К. Количество теплоты переданное газу Q=590∙10-5 Дж. Определите изменение
внутренней энергии газа. Ответ: 83мкДж. (30 баллов)
4. Во время расширения в цилиндре с поперечным сечением S=200 см2,
вызванного нагреванием, газу было передано количество теплоты Q=1,5∙105
Дж, причем давление газа оставалось постоянным и равным p=2∙107 Па. Какое условие необходимо добавить в задачу, чтобы определить, как изменится
внутренняя энергия газа? Ответ: добавить смещение поршня ∆x.
Контроль знаний (тестирование в группах)
Четыре варианта теста на отдельных листах (приложение).
Домашнее задание по учебнику, рекомендованному министерством
образования. Изучить §11, упражнение 8 задачи (3,5).