1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3 Объяснение 25 мин

4. Закрепление 5 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Работа в термодинамике.

2. Работа газа в изопроцессах.

Задачи:

1. Пар совершает работу 20 кДж по перемещению поршня площадью 200 см². При этом давление пара убывает от 2 МПа до 0,1 МПа. Считая зависимость давления от объема линейной, определите расстояние, на которое переместится поршень.

2. Для движения торпеды используется двигатель, работающий на сжатом воздухе. Определите полезную максимальную работу, производимую двигателем, если объем сжатого воздуха 0.2 м³, давление сжатого воздуха 2∙10⁷ Па. Торпеда отрегулирована на движение в воде на глубине 3 м. Температура сжатого воздуха и воды 280 К. Считая движение торпеды равномерным, определите силу тяги двигателя, если радиус действия торпеды 2 км.

3. Вертикально стоящий цилиндр перекрыт поршнем площадью S и массой М. Между поршнем и цилиндром есть трение. Поршень начнет опускаться, если на него надавить силой F₁, и подниматься, если его потянуть вверх силой F₂. Найдите давление в цилиндре, если атмосферное давление равно р₀.

4. На расстоянии 10 км от эпицентра взрыва первой атомной бомбы Энрико Ферми держал на ладони мелкие бумажки, которые ударная волна снесла на 1 м. Оцените по этим данным энергию, выделившуюся при взрыве атомной бомбы. Площадь поверхности шара в 4 раза больше площади круга такого же радиуса (Архимед).

Вопросы:

1. Начальное состояние газа характеризуется параметрам р₀ и V₀. При изотермическом или изобарном расширении до некоторого объема газ произведет большую работу?

2. Будет ли работать гидравлический пресс, если его цилиндры заполнить не жидкостью, а газом? Какая из шин автомобиля нагреется больше при его движении – слабо или сильно накачанная?

3. Что общего между сжатой пружиной и сжатым газом?

4. Почему мука выходит из-под жернова горячей?

5. Со дна водоема поднимается пузырек воздуха. Совершает ли газ работу?

6. С неподвижным шаром сталкивается движущийся шар такой же массы, после чего они движутся как одно целое. Какая доля механической энергии перешла во внутреннюю энергию?

7. Почему при надувании воздушного шарика сначала надувать его очень трудно, а по мере увеличения объема все легче?

3. Второй способ изменения внутренней энергий тела - сообщение ему некоторого количества теплоты.

Теплообмен - самопроизвольный процесс переноса теплоты, обусловленный разностью температур.

Удельная теплоемкость (с) – количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг данного вещества при изменении его температуры на 1 К.

Примеры: = 4190Дж/(кг∙К), С_А1 = 880Дж/(кг∙К), С_ТЧ = 3470 Дж/(кг∙К)

Водяное и воздушное охлаждение в двигателях внутреннего сгорания. Зависимость удельной теплоемкости от свойств вещества и его температуры.

Расчет количества теплоты: Q = mсΔТ = mс(Т₂ – T₁) = С·ΔТ

Если тело получает тепло, то Q>0, а если отдает, то Q<0. Но есть такие процессы, при которых тело получает или отдает количество теплоты, но его температура не изменяется (Т=0) и пользоваться формулой нельзя (пример с кипящей водой).

Удельная теплота парообразования (r) — количество теплоты, которое необходимо для превращения 1 кг жидкости в пар при температуре кипения.

Q _исп = mr – формула для расчета количестве теплоты при испарении и конденсации.

Примеры: =2,26∙10⁶ Дж/кг. Почему вода гасит огонь? Почему теплый влажный воздух может подниматься на высоту до 15 км (кучевые облака)?

Удельная теплота плавления (λ) — количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость той же температуры.

Q_пл = λm – формула для расчета количества теплоты при плавлении и кристаллизации.

Почему вороны поздней осенью предпочитают сидеть на льду?

Удельная теплота сгорания (q) – свойство топлива выделять теплоту при его сгорании, измеряемое отношением выделившегося количества теплоты к массе полностью сгоревшего топлива.

Q_сг = mq – формула для расчета количества теплоты при сгорании топлива.

Пример: Человек, "сжигая" пищу в кислороде, увеличивает свою внутреннюю энергию.

Теплопроводность - способ переноса тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым частям, приводящий к выравниванию температуры тела.

, где ΔТ - разность температур внутренней и наружной поверхности стены, S – площадь поверхности, - толщина стены, - коэффициент теплопроводности.

Вещество	, Вт/(м·К)
Кирпич красный Древесина (сосна) Древесина (сосна) Пенопласт Железобетон Снег (неуплотненный) Снег (уплотненный) Воздух	0,77 0,15 (поперек волокон) 0,36 (вдоль волокон) 0,035 2,33 0,11 0,48 0,025

Измерение количества теплоты. Калориметр. Уравнение теплового баланса:

Вывод: Количество теплоты - характеристика способа передачи энергии. Нагревая тело, мы всегда передаем ему неупорядоченное движение.

Количества теплоты (Q) – свойство тела передавать хаотическое движение другим телам при теплообмене, приводящее к изменению его внутренней энергии, измеряемое при нагревании произведением теплоемкости тела на изменение его температуры.

IV. Задачи:

1. Смешали 60 кг воды при 90⁰С и 40 кг спирта при 23⁰С. Какова температура смеси (самопала)?

2. В калориметре находится 2 кг воды при температуре 5⁰С. Туда опускают кусок льда массой 5 кг при температуре - 40⁰С. Какая температура установится в состоянии теплового равновесия? Сколько льда будет в калориметре?

3. Вода при соблюдении необходимых предосторожностей может быть переохлаждена до температуры – 10⁰С. Какая масса льда образуется из 1 кг такой воды, если бросить в нее маленький кусок льда и тем вызвать замерзание (обледенение самолетов, попавших в облако, состоящее из переохлажденной воды; гололед; обледенение проводов и ветвей деревьев). Какую температуру должна иметь переохлажденная вода, чтобы целиком превратиться в лед?

4. При температуре на улице -20⁰С работающая батарея поддерживает в комнате температуру 16⁰С. Когда кроме батареи включили электроплитку мощностью 1 кВт. В комнате установилась температура 22⁰С. Определите тепловую мощность батареи.

Вопросы:

1. Верно ли, что при теплообмене тепло всегда передается от тела с большей внутренней энергией к телу с меньшей внутренней энергией?

2. Назовите хотя бы две причины, почему калориметры делают из металла, а не из стекла.

3. Можно ли довести воду до кипения, подогревая ее стоградусным паром при нормальном атмосферном давлении?

4. Почему теплоизоляционные свойства пенопласта почти в 20 раз лучше, чем кирпича?

5. На одинаковые плитки поставили две одинаковые кастрюли с равным количеством воды при одной и той же температуре. Через некоторое время в первую кастрюлю долили немного воды из кипящего чайника. В какой из кастрюль вода закипит быстрее?

6. Какая печь лучше – железная или кирпичная?

7. Чем меньше температура нагретого тела, тем медленнее идет его охлаждение. Почему?

8. Почему процесс остывания чая в чашке очень трудно рассчитать?

9. Почему теплопроводность древесины поперек волокон почти в два раза меньше. Чем вдоль волокон?

10. Почему скорость остывания стакана с кипятком в диапазоне температур 75 – 100⁰С заметно больше, чем, например, в диапазоне 75 – 50⁰С?

11. Какие явления будут наблюдаться, если стакан с водой выставить на солнечный свет?

12. Выведите формулу для скорости остывания нагретого тела.

13. В сосуде находятся в тепловом равновесии лед и вода одной и той же массы. В сосуд впускают пар при температуре 100⁰С и в том же количестве. Какая установится конечная температура? Потерями тепла пренебречь.

V. §25 Упр. 6, № 5, 13, 14

1. Составить обобщающую таблицу "Количество теплоты", используя рисунки, чертежи и текстовый материал.

2. Построить график зависимости температуры плавления элемента от его порядкового номера и периодической таблице и попытайтесь объяснить эту зависимость на основе известных вам сведений о строении атома.

3. Оцените высоту падения, на которой застывает расплавленная свинцовая капля.

4. До какой минимальной температуры можно охладить пластиковую бутылку с кипяченой водой, не превращая ее в лед? Если встряхнуть бутылку с переохлажденной водой и слить незамерзшую воду через марлю, то, измерив массу льда, можно оценить эту температуру. Попробуйте это сделать.

5. Почему вода в пластиковой бутылке, выставленной на холод, начинает замерзать от стенок? Почему цепочка воздушных пузырьков в воде, замерзшей в пластиковой бутылке, тянется от стенок бутылки почти до ее середины?

6. Температура воздуха над гладкой поверхностью водоема понизилась настолько, что вода покрылась корочкой льда. По какому закону должна изменяться температура воздуха надо льдом, чтобы толщина льда увеличивалась со временем равномерно?

"Из таких же исследований всех других известных физических и химических процессов следует вывод, что природа как целое содержит определенный запас энергии, который не может быть ни уменьшен, ни увеличен; и что поэтому количество энергии в природе вечно и неизменно"

Гельмгольц

Урок 4. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

ЦЕЛЬ УРОКА: Познакомить учеников с содержанием и дать формулировку первого закона термодинамики, научить учеников применять его для решения задач.

ТИП УРОКА: Комбинированный.

ОБОРУДОВАНИЕ: Термометр электрический, наковальня, молоток, свинцовая пластинка, тонкий картон, две одинаковые пробирки с водой. Трубка латунная, шнур, эфир, диафильм "Закон сохранения энергии в тепловых процессах".

ПЛАН УРОКА: