Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 296.36 Kb.
|
| Модуль М 5. 1 , 2 уровень сложности. «Первый закон термодинамики» УЭ 0 Постановка цели. ДЦМ: Познакомиться с формулировками первого закона термодинамики. Получить сведения о практическом использовании закона сохранения энергии. Учебный материал с указанием заданий Интегральные когнитивные стили Дифференциальные когнитивные стили Руководство по усвоению учебного содержания Содержание учебного материала (ИТ, ИД, ИЭ) Содержание учебного материала (ДТ, ДД, ДЭ) Руководство по усвоению учебного содержания 1. Закон сохранения энергии А.Прочитайте план повторения и обобщения и каждому его пункту выберите подходящий пример из ниже приведённого списка. Ответ запишите в виде цифры и буквы, например 1А, 2М, 7аГ,… Сравните свои ответы с правильными ответами на доске. Б. Запишите ответы на вопросы в тетрадь. Обсудите их с соседом по парте Вопросы: 1.Как можно преобразовать хаотическое движение молекул газа в направленное движение макроскопического тела? 2.Какой геометрический смысл имеет работа? 1. Закон сохранения энергии. Повторение и обобщение изученного материала. А.План: 1.Закон сохранения и превращения механической энергии. 2.Превращение механической энергии в тепловую (внутреннюю) энергию. 3.Превращение тепловой (внутренней) энергии в механическую. 4.Другие примеры взаимопревращения различных видов энергии, включая электрическую. 5.Способы изменения внутренней энергии тела а)теплопередача, примеры; б) работа, примеры. 6.Способы теплопередачи а)теплопроводность, примеры, б) конвекция, примеры, в)излучение, примеры. 7.Формулы для расчёта количества теплоты, переданной или полученной телом а) Q=cm(t2-t1), примеры; б) Q= r m, примеры; в) Q=λm, примеры. 8. Общая формулировка закона сохранения энергии. А.Примеры : А. Солнце греет песок на пляже. Б.Нагревание жидкости в калориметре вертикальной мешалкой за счет опускания грузов. В.Подпрыгивание крышки на кастрюле с кипящей водой. Г. Энергия никуда не исчезает и ниоткуда не возникает, а лишь превращается из одной формы в другую Д. Испарение кипящей воды. Е.Нагревание ложки в стакане с горячим молоком. Ж.Радиатор отопления передаёт тепло окружающим предметами. З. Нагревание воды электрическим чайником. И.Нагрев воды в отопительной системе дома. К. Нагрев шин и асфальта при торможении. Л.Затвердевание свинцовой отливки. М. Упавший на землю предмет можно поднять за счёт опускания другого предмета. 1. Закон сохранения энергии А.Прочитайте примеры и выберите из плана повторения и обобщения подходящее для каждого из них описание процесса или выражение. Ответ запишите в виде буквы и цифры, например А1, М3, Г7а,… Сравните свои ответы с правильными ответами. Б. Запишите ответы на вопросы в тетрадь. Обсудите их с соседом по парте Вопросы: 1.От каких величин зависит работа, совершаемая силой давления газа? 2.Какую по знаку работу совершает газ при расширении и при сжатии? 2. А) Выполните лабораторную работу и запишите в тетрадь результаты и ответы на вопросы. Лабораторная работа «вычисление изменения внутренней энергии тела при совершении работы» Приборы и материалы: 1)пробирка химическая, закрытая пробкой; 2)термометр лабораторный от 0-100ºС; 3)цилиндр измерительный с носиком 100 мл с холодной водой; 4) лист бумаги; 5) таблица «Удельная теплоёмкость веществ». Порядок выполнения работы 1.Налейте в пробирку немного воды (8-10 г) и измерьте её температуру. 2.Закройте пробирку пробкой и заверните в бумагу. В течение 30-40 с энергично встряхивайте воду в пробирке. 3.Откройте пробирку и снова измерьте температуру воды. 4.Вычислите изменение внутренней энергии воды. 5.Результаты измерений и вычислений запишите тетрадь. 6.Ответьте на вопросы: -Как изменялась внутренняя энергия во время опыта? -Каким способом вы изменяли внутреннюю энергию воды в опыте? -Зачем пробирку с водой необходимо было заворачивать в бумагу во время опыта? -Что можно сказать о зависимости изменения внутренней энергии тела от совершённой работы? Б) Ознакомьтесь с историей становления первого начала термодинамики как научного принципа. В) Прочитайте приложение 1. Напишите ответы на вопросы после лабораторной работы и поменяйтесь листиками с соседом по парте. Проверьте правильность по образцу. 2 . История становления первого начала термодинамики как научного принципа. 1. 1644 г. Французский учёный Рене Декарт (1596-1650) высказал мысль, что механическое движение сохраняется: материя имеет количество движения, «никогда не возрастающее и не уменьшающееся, несмотря на то, что в некоторых частях материи его может быть то больше, то меньше». Мера движения – произведение массы на скорость, то есть mv. 2. Немецкий учёный Лейбниц (1646-1716)предложил считать мерой движения величину mv2, так как mv не всегда может служить мерой движения. 3. Английский учёный Томас Юнг(1773-1829)ввёл для этой величины название энергия. 4. Швейцарский учёный Иоганн Бернулли (1667-1748) в 1935 году писал, что энергия имеет определённую величину, «из которой ничего не может пропасть». 5. Русский учёный М.В.Ломоносов (1748) высказал мысль, что за счёт механического движения может быть получено тепловое. «Все изменения, совершающиеся в природе, происходят таким образом, что сколько к чему прибавилось, столько же отнимается от другого». 6. Роберт Майер немецкий учёный и врач (1814-1878) практически установил, что «теплота и движение превращаются друг в друга» и узнал, что для получения 1ккал теплоты требуется около 4200 Дж работы. 7. Тщательные опыты Джемса Джоуля (1818-1889) английского физика доказали постоянство соотношения и подтвердили эквивалентность теплоты и работы. 8. Рудольф Клаузиус (1822-1888)немецкий физик назвал эквивалентность теплоты и работы первым началом (принципом) термодинамики. В 1850 году он показал, что из принципа эквивалентности вытекает существование функции состояния U (внутренней энергии), изменение которой при переходе системы из одного состояния в другое всегда равно Q-A (разнице между теплотой и работой). 9. Данный закон получил наиболее полную трактовку в трудах немецкого учёного Г.Гельмгольца (1821-1894), который независимо от Джоуля и Клаузиуса вывел его одновременно с ними. 10. В последующем первый закон термодинамики был обобщён в универсальный закон сохранения и превращения энергии. Таким образом, хотя ещё первобытному человеку было известно, что путём трения можно получить огонь, лишь в XIX веке познание этого явления получило количественное выражение и приобрело значение научного принципа – принципа эквивалентности теплоты и работы. 2. А) О каком превращении энергии идёт речь в отрывке из работы Ломоносова? «Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки нагреваются, дерево загорается пламенем, при ударе кремния об огниво появляются искры, железо накаливается от проковывания частыми и сильными ударами» (М.В.Ломоносов). Б) Ознакомьтесь с историей становления первого начала термодинамики как научного принципа. В) Прочитайте приложение 2. Г) Прочитайте лабораторную работу и попробуйте не выполняя её, а основываясь на опыте Джоуля ответить на вопросы: -Как изменялась внутренняя энергия во время опыта? -Каким способом вы изменяли внутреннюю энергию воды в опыте? -Зачем пробирку с водой необходимо было заворачивать в бумагу во время опыта? -Что можно сказать о зависимости изменения внутренней энергии тела от совершённой работы? Напишите ответы на вопросы и поменяйтесь листиками с соседом по парте. Проверьте правильность по образцу. 3.Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов). Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и суммарной работой внешних сил A, действующих на систему. Первый закон термодинамики - Изменение внутренней энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил, действующих на нее:  Внутренняя энергия тела может изменяться не только в результате совершаемой работы, но и вследствие теплообмена. При тепловом контакте тел внутренняя энергия одного из них может увеличиваться, а внутренняя энергия другого – уменьшаться. В этом случае говорят о тепловом потоке от одного тела к другому. Количеством теплоты Q, полученной телом, называют изменение внутренней энергии тела в результате теплообмена. Передача энергии от одного тела другому в форме тепла может происходить только при наличии разности температур между ними. Придумайте ситуации, в которых можно использовать формулировку первого закона термодинамики и запишите их в тетрадь. Проверка наличия конспекта 3.Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов). Сделайте краткий конспект закона и его формул в тетрадь. С давних времён замечено, что работа А и теплота Q превращаются друг в друга. Известно, что с помощью машин за счёт теплоты выполняется разнообразная работа. А в отрывке из работы М.В.Ломоносова описаны случаи превращения работы в теплоту. Естественно поставить вопрос: существует ли какая-нибудь закономерность в преобразовании работы в теплоту и наоборот? Нет ли количественной зависимости между затраченной работой А и полученной за счёт работы теплотой Q? В XIX в. в связи с изучением преобразования теплоты в работу и обратно перед наукой был поставлен вопрос: даёт ли каждая единица работы одно и то же количество теплоты? Ответ был получен с помощью опытов. Решающими среди них были опыты Джоуля. Рассмотрим более сложный случай, когда внутренняя энергия тела изменяется одновременно по двум причинам: и за счёт теплопередачи, и за счёт совершения работы. На рисунке условно изображены энергетические потоки между выделенной термодинамической системой и окружающими телами. Величина Q > 0, если тепловой поток направлен в сторону термодинамической системы. Величина A > 0, если система совершает положительную работу над окружающими телами.
Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, т. е. изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия U однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние системы, то отсюда следует, что процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ΔU внутренней энергии системы.
Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом: |
Добавить документ в свой блог или на сайт
