Розробка уроку на тему «Внутрішня енергія»

План-конспект уроку фізики  _________

в 10 класі

Тема. Внутрішня енергія

 Мета уроку:

навчальна - дати учням молекулярно-кінетичне трактування понят­тя внутрішньої енергії

розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною  літературою та виявлення творчих здібностей при розв’язуваннні вправ;

виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і  розв’язуванні завдань та навчити дітей «бачити» фізику навколо себе

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Хід уроку

І. Організаційна частина

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Внутрішня енергія

При вивченні курсу механіки ми познайомилися з поняттям механічної енергії і знаємо, що механічна енергія — це сума кіне­тичної енергії, зумовленої рухом тіл, і потенційної енергії, яка зу­мовлена їх взаємодією.

Якщо тіла взаємодіють за допомогою сил тяжіння та пружнос­ті, то механічна енергія зберігається. Механічна енергія убуває, якщо між тілами діє сила тертя або ковзання. При цьому тіла на­гріваються, а ми вже знаємо, що підвищення температури означає збільшення енергії хаотичного руху частинок. Однак механічна енергія може спадати і без підвищення температури. Наприклад, якщо терти лід за температури 0 °С, він буде перетворюватися на воду, температура якої теж 0 °С. На що ж перетворюється при цьому механічна енергія? Вона перетворюється на потенційну енергію взаємодії молекул. Під час перетворення льоду на воду ця потенціальна енергія збільшується. Ми говоримо, що в обох ви­падках збільшується внутрішня енергія тіла.

г Внутрішня енергія — це сума кінетичної енергії хаотичного руху всіх частинок, що входять до складу даного тіла, і потен­ційної енергії їх взаємодії одна з одною: V = Е_к + Е_р.

Приклади зміни внутрішньої енергії: нагрівання та охоло­дження; плавлення і кристалізація; випаровування і конденсація; хімічні реакції; ядерні реакції.

Внутрішня енергія тіла залежить від його стану, тобто є функцією стану, і визначається однозначно параметрами р, V, Т. Це означає, що тіло, перебуваючи в стані з даними значеннями параметрів, має одне, і тільки одне значення внутрішньої енергії. Під час зміни ста­ну тіла змінюється значення внутрішньої енергії.

2. Два способи зміни внутрішньої енергії

Змінити внутрішню енергію тіла можна двома способами:

* під час здійснення над тілом роботи (наприклад, якщо стискати газ у теплоізольованій посудині, то він нагрівається);

* завдяки теплопередачі, тобто без здійснення роботи (напри­клад, під час контакту тіл різної температури, їх температури вирівнюються, тобто внутрішня енергія більш нагрітого тіла зменшується, а менш нагрітого — збільшується). Кількісну міру зміни внутрішньої енергії в процесі теплопередачі назива­ють кількістю теплоти й позначають ф. Кількість теплоти ви­мірюється в джоулях.

3. Внутрішня енергія ідеального газу

Ця енергія називається внутрішньою енергією ідеального газу. Так як для ідеального газу взаємодією молекул нехтують, потенці­альна енергія молекул дорівнює нулю.

г Внутрішня енергія ідеального газу залежить тільки від тем­ператури і не залежить ні від його тиску, ні від об’єму.

Збільшення маси газу призводить до збільшення його внутріш­ньої енергії (и~т). Внутрішня енергія залежить від роду газу, тобто від його молярної. Це відбувається за таких умов: чим більша молярна маса М, тим менше атомів міститься в газі даної маси. Якщо ідеальний газ складається з більш склад­них молекул, ніж одноатомний, то його внутрішня енергія також пропорційна абсолютній температурі, тільки коефіцієнт пропо­рційності між II та Т інший. Пояснюється це тим, що складні мо­лекули не тільки рухаються поступально, а й обертаються. Вну­трішня енергія таких газів дорівнює сумі енергій поступальногоі обертального руху молекул.

Питання до учнів під час викладення нового матеріалу

1. Яку енергію називають внутрішньою?
2. Наведіть приклади перетворення механічної енергії у внутріш­ню і навпаки.
3. Від яких фізичних величин залежить внутрішня енергія тіла?
4. Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії шляхом здій­снення роботи або шляхом теплопередачі.
5. Під час якого процесу внутрішня енергія не змінюється? Чому?
6. Від чого залежить і від чого не залежить внутрішня енергія іде­ального газу?

IV. ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Тренуємося розв'язувати задачі

1. Моль якого газу — водню або гелію — має велику внутрішню енергію за однакової температури?

2. Внутрішня енергія певної маси одноатомного газу за температу­ри 32 °С дорівнює 1 Дж. Скільки молекул містить ця маса газу?

3. У кімнаті протопили піч. Чому не збільшилася внутрішня енер­гія повітря в кімнаті, хоча температура повітря підвищилася?

 Розв’язок

Енергія кожної молекули збільшується, але концентрація їх п відповідно зменшується, тому що частина повітря крізь щілини ви­тікає назовню і тиск його р у кімнаті залишається незмінним. Так

-

як р = 2пЕ/3, то загальна внутрішня енергія повітря в кімнаті пЕ не змінилася.

Контрольні питання

1. Шматок м’якого дроту кілька разів зігнули і розігнули. У яку форму перейшла витрачена при цьому енергія? Поясніть свою відповідь.
2. Яким чином досконала механічна робота впливає на внутріш­ню енергію тіла?
3. У якому процесі газ, отримуючи тепло, не змінює температуру?

Що ми дізнались на уроці

* Внутрішня енергія — це сума кінетичної енергії хаотичного руху всіх частинок, що входять до складу даного тіла, і потен­ційної енергії їх взаємодії одна з одною.

* Два способи зміни внутрішньої енергії:

під час виконання роботи;

шляхом теплопередачі.

*Внутрішня енергія ідеального газу залежить тільки від темпе­ратури і не залежить ні від його тиску, ні від об’єму:

V.Домашнє завдання

Конспект.

Розв’яжіть задачі:

р1): 1. Як зміниться внутрішня енергія цегли, якщо її помісти­ти в гарячу піч? Підняти з першого поверху на другий?

Великі і маленькі сталеві кульки внесли з морозу в те­пле приміщення. Як змінилася внутрішня енергії ку­льок? Чи однакові зміни внутрішньої енергії кульок?

Якщо тупим свердлом свердлити дерев’яну дошку, то деревина поблизу отвору обвуглюється. Обвуглюєть­ся вона і в полум’ї. Чи однакові причини обвуглювання в цих випадках?

р2): 1. Як змінилася внутрішня енергія сталевої кульки, яка впала з певної висоти на сталеву плиту і, відскочивши, піднялася до початкової точки?

Як змінилася внутрішня енергія сталевої кульки, яка впала з певної висоти на пісок?

Один моль парів ртуті і один моль гелію мають однакову температуру. Порівняйте внутрішні енергії цих газів.

рЗ): 1. Один грам парів ртуті та один грам гелію мають одна­кову температуру. Який з газів має більшу внутрішню енергію? У скільки разів?

Яка внутрішня енергія аргону в балоні об’ємом 50 л при тиску 1 МПа?

При зменшенні об’єму одноатомного газу в 4 рази тиск цього газу збільшився у 5 разів. У скільки разів зміни­лася внутрішня енергія газу?