Урока по физике на тему: «Решение задач на применение уравнения теплового баланса»

Модель урока по физике на тему: «Решение задач на применение уравнения теплового баланса», 8 класс Автор учитель физики высшей категории МОУ СОШ№112 Калининского района городского округа г. Уфа РБ Кирова Лилия Фаритовна Координаты автора 450050, г.Уфа, ул.Черниковская,д.27, кв. 9, моб.т.8-927-31-76-254 Краткая аннотация урока Данный урок является одним из ключевых уроков при изучении раздела физики «Термодинамика», так как на примере решения задач формируется понимание закона сохранения энергии применительно к тепловым процессам. Разнообразные дидактические ресурсы, используемые на уроке, обеспечивают лучшее усвоение обучающимися учебного материала. Рассматриваемые задачи соответствую требованиям ЭГЕ. План урока: Вывод уравнения теплового баланса. Решение задачи № 1 с использованием компьютерной анимации. Решение задач № 2, № 3 с использованием слайдов. Мультимедийные ресурсы: презентация Microsoft Office PowerPoint. 2003., компьютерная анимация в программе Macromedia Flash . Оборудование урока : проектор, компьютер, экран. План- конспект урока Тема урока: Решение задач на применение уравнения теплового баланса. Цель урока: выяснить физическое содержание закона сохранения энергии для тепловых процессов, повторить, углубить и обобщить знания по теме в ходе решения задач, активизировать познавательную деятельность учащихся на уроках физики. Ход урока. Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена. Математическое выражение закона сохранения энергии записывается так: U=A+Q Данное соотношение справедливо для изолированных систем. Система называется изолированной, если теплообмен и совершаемая работа происходят только между телами данной системы. Для такой системы изменение внутренней энергии всегда равно нулю: U=0 При этом суммарная работа в системе тоже равна нулю: А=0 Следовательно, равно нулю и суммарное количество ,отданного и полученного телами тепла: Q=0 Таким образом, уравнение теплового баланса представляет собой математическое выражение закона сохранения энергии при теплообменах в замкнутой системе без совершения работы. При этом одни тела системы нагреваются, другие охлаждаются или совершаются фазовые переходы, при которых возможно как выделение, так и поглощение энергии. Итак, формулировка закона сохранения энергии при составлении уравнения теплового баланса выглядит так. Слайд № 1 Уравнение теплового баланса. В изолированной системе сумма количеств теплоты, выделяемых одними телами, равно сумме количеств теплоты, поглощаемых другими: Qполуч.= - Qотд. Слайд № 2 Границы применимости. 1.Только для изолированных систем: Теплообмен происходит только между телами системы. 2.Изменение внутренней энергии происходит без совершения работы. Для изолированных систем, внутри которых не совершается работа. Как можно применить этот закон? Если привести в соприкосновение два тела разной температуры, то, во-первых, теплообмен будет протекать до тех пор, пока температуры тел не сравняются, и, во-вторых, одно тело будет передавать тепла ровно столько, сколько второе тело получит. При решении задач на уравнение теплового баланса следует опираться на следующие правила: Слайд № 3 Алгоритм решения задач с применением уравнения теплового баланса (УТБ) 1.Установить, у каких тел внутренняя энергия уменьшается, у каких – возрастает. 2.Выяснить, какие агрегатные превращения происходят в результате теплообмена. 3.Составить уравнение для тел, энергия которых возрастает. (Qполуч.=…) 4.Составить уравнение для тел, энергия которых уменьшается.(Qотд.= …) 5.Приравнять полученные суммы. Рассмотрим возможное построение решения на примере такой задачи: Слайд № 4 В калориметре, теплоемкостью которого можно пренебречь, находится кусок льда массой 0,5 кг при температуре -10°С. Какова должна быть масса пара, имеющего температуру 100°С, который необходимо впустить в калориметр, чтобы образовавшаяся вода имела температуру 20°С? Слайд № 5 Калориметр-это два цилиндрических сосуда с разными диаметрами. Между их дном и стенками- воздушный зазор, который уменьшает теплоотдачу в окружающую среду. Конечная температура системы 20.Следовательно, весь пар сконденсировался, а лед растаял. Представьте, что у нас появилась возможность заглянуть «внутрь» вещества и наблюдать за их превращениями. Демонстрация компьютерной анимации к задаче. В процессе показа ведется беседа с учащимися. «Обратите внимание, температура льда повышается, интенсивность колебаний молекул увеличивается. Как изменяется энергия теплового движения молекул? Изменяется ли энергия взаимодействия молекул? Почему?» «Теперь мы наблюдаем процесс плавления. Температура не изменяется, но данный процесс сопровождается поглощением энергии. Изменяется ли энергия теплового движения молекул? Изменяется ли энергия взаимодействия молекул? По какому признаку вы можете судить об этом?» Аналогично комментируем процесс нагревания воды, полученной в результате плавления льда. Наблюдаем за процессами, происходящими с паром, опираясь на график, составляем уравнение теплового баланса: Qполуч.=Cл mл(0-(-10)+л mл+Cв mл(20-0) Qотд.= -Lmп+Cв mп (20-100) Cл mл(0+10)+л mл+Cв mл(20-0)=-(-Lmп+Cв mп (20-100)) Решив это уравнение относительно mп и выполнив вычисление, найдём mп =83г. А если в задаче не задано конечное состояние системы, как составить уравнение теплового баланса? В зависимости от численных значений данных одни процессы могут протекать, другие - нет. Решение таких задач необходимо начинать с выявления происходящих первыми процессов, в результате которых выделяется и поглощается теплота. Затем рассчитывают соответствующие количества теплоты, сравнивают их, определяя направления протекания следующих возможных процессов и т.д. Для примера рассмотрим следующую задачу. Слайд № 6 В калориметр с куском льда массой m1 =1 кг. При температуре t1 = - 20 °С впустили m2 =0,1 кг. пара, имеющего температуру t2 = 100 °С Определите установившуюся температуру. Анализ решения. Конечное состояние системы в условиях не задано. Следовательно, невозможно определить, конденсируется ли весь пар, нагреется ли лед до температуры плавления, а если нагреется, то будет ли плавиться и т.д. Поэтому составить уравнение теплового баланса невозможно. Первые процессы, которые будут протекать, это конденсация пара и нагревание льда. С их рассмотрения и начинается решение задачи. При конденсации всего пара выделилось бы количество теплоты Q1 = m2 Q1 =2, 3 × 106 Дж/кг × 0, 1 кг = 2, 3 × 105 Дж Для нагревания льда до температуры плавления (0) требуется Q1'= Cл m1 (0-(-20) Q1'=2, 1× 103 Дж/кг × К ×1кг × 20 = 4, 2× 104 Дж Из сравнения этих двух количеств теплоты видно, что Q1> Q1'. Отсюда ясно, что лед нагреется до 0 и начнет таять. Для таяния всего льда требуется Q2' = m1 Q2'=330 × 103 Дж/кг 1 кг = 3,3 × 105 Дж Q1'+ Q2'=3, 72 × 105 Дж Q1' + Q2' > Q1 ; Следовательно, количество теплоты, выделившееся только при конденсации пара, не обеспечит таяния всего льда и вода, полученная их пара, будет охлаждаться. При охлаждении воды до 0выделилось бы Q2 = Cв m2 (0-100) Q2 = - 4, 2 103 Дж/кг × К × 0,1 кг × 100 = 4,2 × 104 Дж Q1 + Q2 = 2, 72 × 105 Дж Так как Q1 + Q2< Q2', то конденсация пара и охлаждение полученной воды до 0 не обеспечат таяния всего куска льда. Следовательно, растает только часть льда, и в калориметре будем иметь воду и лед при 0. Рассмотрим следующую и последнюю задачу на уроке. Слайд № 7 В результате теоретических расчетов ученик пришел к следующему выводу: при смешивании двух одинаковых по массе порций воды, температура которых соответственно равна 20 °С и 60 °С, температура смеси составляет 40 °С . . . Далее ученик провел эксперимент: Слайд № 8 Налил в две пробирки по 5 г холодной и подогретой воды, убедился, что температура обеих порций воды имеет нужные значения, и слил обе порции в третью пробирку. Слайд № 9 Пробирку с водой он несколько раз встряхнул, чтобы вода перемешалась, и измерил температуру воды жидкостным термометром. Она оказалась 34 °С. Какой вывод можно сделать из эксперимента? Если предположения учащихся не верны, то еще раз обратиться к формулировке уравнения теплового баланса (слайд 1), комментируя границы применимости закона. Выводы урока, Д/З

Похожие:

	Урока по теме: «уравнения. Решение задач с помощью уравнений» Зун учащихся по теме «Уравнения. Решение задач с помощью уравнений», навыков устных и письменных вычислений, упрощения алгебраических...		Реферат по математике на тему: «Уравнения с двумя неизвестными в целых числах» Анализ ситуации: Диофантовы уравнения это актуальная в наше время тема, т к решение уравнений, неравенств, задач, сводящихся к решению...
	Тема урока: «Составление линейных программ для решения задач на применение... Повторить и обобщить знания о свойствах, типах, способах построения алгоритмов, этапах решения задач, о работе операторов input,...		Решение олимпиадных задач на процентное содержание или концентрацию Цель урока: показать учащимся применение «правила креста» при решении химических задач на смеси, растворы, сплавы
	Урока «Теорема Виета» Цель урока: изучить теорему Виета и теорему, обратную теореме Виета; сформулировать приём, позволяющий свести решение уравнения общего...		Решение задач по теме «Уравнение касательной к графику функции» Решение задач по теме «Применение производной к исследованию функций и построению графиков»
	Тематический план курса I. Целые рациональные уравнения. 21 Лекция... Сведение уравнения к квадратному с помощью удачной подстановки. 13 Решение возвратных и обобщенных возвратных уравнений. 23 Решение...		Методическая разработка урока математики в 6-м классе по теме «Проценты. Решение задач» Форма урока: решение проблемного вопроса «Жить или курить?» при помощи решения задач, урок-беседа, обсуждение
	Экспериментальное исследование энергетического баланса динамически... Уравнения 1 есть дифференциальные уравнения Навье1 – Стокса2 движения вязкой жидкости, являющиеся математическим описанием полей...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: Научить учащихся «не бояться» состав­лять уравнения электронного баланса
	Решение задач из учебника Г. Е. Рудзитиса, Ф. Г. Фельдмана «Химия-9» Цели первого урока: научить писать схемы электролиза растворов и расплавов солей и применять полученные знания для решения расчетных...		Решение задач егэ по теме «Углы между прямыми» Тип урока: решение задач (урок проводится в рамках уроков выделенных на подготовку к егэ.)
	Урок математики в 6 классе. Проценты. Решение задач Форма урока: решение проблемного вопроса «Жить или курить?» при помощи решения задач, урок беседа, обсуждение		Конспект урока на тему «Решение сюжетных задач» Информатика и икт. Базовый уровень. Учебник для 10-11 классов. Семакин И. Г., Хеннер
	Презентация «Решение задач с помощью кругов Эйлера». Презентация... Интегрированное занятие математического кружка (математика + информатика) в 5-м классе по теме "Решение задач с помощью кругов Эйлера....		Решение Образовательная система «Гармония» Тема урока. Решение задач.... Совершенствовать умение решать задачи, а также умения и навыки письменных вычислений