Урок 1. Внутренняя энергия. Цель урока Тип урока

Урок 1. Внутренняя энергия.
Цель урока: ввести понятие внутренней энергии тела; познакомить
учащихся с двумя способами изменения внутренней энергии.
Тип урока: комбинированный.
План урока
1. Молекулярно-кинетическая трактовка понятия внутренней энергии
тела.
2. Вывод формулы внутренней энергии идеального газа.
3. Способы изменения внутренней энергии системы: теплообмен и
совершение работы.
I.
Ход урока
Проверка знаний. (Физический диктант по вопросам: четные – II
вариант, нечетные – I вариант.)
1. Что такое микроскопические параметры и что они характеризуют?
2. Что такое макроскопические параметры и что они характеризуют?
3. Наиболее вероятное состояние идеального газа – что это такое?
4. Статистическая закономерность – что это такое?
5. Стационарное равновесное состояние газа – что это такое?
6. Что понимают под температурой тела?
7. Что понимают под средней квадратичной скоростью молекул газа?
8. Что называют давлением газа?
9. Физический смысл постоянной Лошмидта?
10. Какие параметры связывает между собой уравнение МенделееваКлапейрона?
11. Что называют изопроцессом?
12. Какой процесс называют изотермическим? Какой закон его
описывает?
13. Какой процесс называют изобарным? Какой закон его описывает?
14. Какой процесс называют изохорным? Какой закон его описывает?
15. Изобразите изотермический процесс графически в различных
координатных осях P-V; V-T; P-T.
16. Изобразите изобарный процесс графически в осях P-V; V-T; P-T.
II. Изучение нового материала.
Запись в тетрадь:
1. Термодинамика – раздел физики, изучающий возможности
использования внутренней энергии тел для совершения механической
работы.
Термодинамика – макроскопическая теория, так как изучает тепловые
свойства макроскопических тел без учета их молекулярного строения.
2. Переход к понятию: внутренняя энергия. Из курса физики 8 класса мы
знаем, что внутренняя энергия тела – сумма кинетической энергии
хаотического теплового движения частиц (атомов или молекул) тела и
потенциальной энергии их взаимодействия.
3. Вывод формулы для расчета внутренней энергии идеального газа.
Т.к. En у идеального газа пренебрежимо мала по сравнению с Ek,
внутренняя энергия идеального газа определяется кинетической энергией
теплового движения частиц.
Ek 
3
kT - средняя кинетическая энергия одного атома. В силу
2
хаотичности движения на каждое из трех направлений движения, или
степень свободы, по оси X, У, Z приходится одинаковая энергия
kT
.
2
i – число степеней свободы – число возможных независимых
направлений движения молекулы.
U – внутренняя энергия.
N – число атомов в массе газа.
U  N Ek 
3
NkT
2
- разделив и умножив это выражение на M  m0 N А ,
получаем:
U
3N (m0 N А )kT 3 ( Nm0 )( N А k )T

2M
2
M
или U 
3 m
RT - внутренняя энергия
2M
данной массы идеального газа зависит лишь от одного макроскопического
параметра – термодинамической температуры.
Используя уравнение Менделеева-Клапейрона, можно формулу для
расчета внутренней энергии представить в виде:
U
3
PV i = 3 – для идеального газа; i = 5 – для двухатомного газа,
2
поэтому U 
i m
i
RT  PV - формулы для внутренней энергии идеального
2M
2
газа.
4. Способы изменения внутренней энергии идеального газа. Ставим перед
учащимися проблемный в о п р о с: как можно изменить внутреннюю
энергию тела?
Чтобы ответить на него, выполняем ряд опытов:
1) нагреваем небольшое количество воды в пробирке, закрытой плотно
пробкой;
2) потерли ладони друг о друга, монетку прижали к столу и подвигали по
столу.
Учащиеся делают в ы в о д: внутреннюю энергию тела можно изменить
двумя способами:
1) совершением механической работы;
2) путем теплопередачи.
Мерой теплопередачи является количество теплоты Q. Количество
теплоты, получаемое телом, - энергия, передаваемая теле извне в результате
теплообмена.
За счет изменения внутренней энергии при теплообмене не может
совершаться работа.
III. Закрепление изученного материала.
1.
2.
3.
4.
Беседа по вопросам:
Сформулируйте определение внутренней энергии тела. Зависит ли
внутренняя энергия тела от его движения и положения относительно
других тел?
От какого макроскопического параметра зависит внутренняя энергия
идеального газа? Как изменяется температура тела, если оно отдает
энергии больше, чем получает?
Сформулируйте определение числа степеней свободы.
Как можно изменить внутреннюю энергию жидкости, газа?
IV. Итог урока.
Учитель обобщает:
1. Внутренняя энергия идеального газа определяется кинетической
энергией хаотического движения молекул и записывается в виде
формулы U 
i m
i
RT  PV .
2
2
2. Изменение внутренней энергии всегда происходит за счет энергии
других тел:
 при теплопередаче – за счет изменения внутренней энергии;
 при совершении работы – за счет механической энергии.
Домашнее задание. §54; № 1, 2.
№ 1.
Д а н о:
Р е ш е н и е:
воздух
U 
5m
RT i = 5 – число степеней свободы;
2
  2,9 102 кг/моль
T  t2  t1  20K
m = 87 кг
t1= 10 0C
t2= 30 0C
U  ?
U 
Дж
 20 К
моль  К
 1246,5 103 Дж  1,25 106 Дж
кг
2
2  2,9 10
моль
5  87кг  8,31
О т в е т: U  1,25 106 Дж.
№ 2.
Д а н о:
V1 = 10 л
СИ
V2 = 15 л
15 103 м3
3
10 10 м
Не
P = 104 Па
U  ?
О т в е т: U  75 Дж.
3
Р е ш е н и е:
Гелий одноатомный газ, поэтому
3
P(V2  V1 )
2
3
U  10 4 Па  5 10 3 м 3  75 Дж
2
U 