Нижегородский физико-математический Лицей № 40
Кафедра физики
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
И СБОРНИК ЗАДАЧ
ПО ФИЗИКЕ
ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 8-Х КЛАССОВ
Часть I
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Авторы: В.Ю. Ковалев
Р.Н. Шилков
Нижний Новгород, 2003
Ковалев В.Ю., Шилков Р.Н.
Методические рекомендации и сборник задач по физике для учащихся 8-х классов. Часть I ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ – Нижний Новгород: ЛИЦЕЙ 40, 2003. 88 с.
В пособии приведены методические рекомендации по обучению физики в 8-м классе для школ с углубленным изучением предмета, приведены примеры решения задач и большое количество задач для самостоятельной работы по теме «Тепловые явления», а также методические рекомендации по обработке результатов экспериментов при проведении лабораторных работ.
Авторы и издательство приносят свои извинения за неточности, ошибки, опечатки и пр., допущенные при наборе и верстке текста
Компьютерный набор: Лапин Сергей
Компьютерная верстка: Шилков Р.Н.
© Ковалев В.Ю., Шилков Р.Н.
©издательство ЛИЦЕЙ 40
Глава 1. Изменение внутренней энергии в процессах теплопередачи.
§1. Основные понятия и законы.
1. Все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в беспорядочном непрерывном движении. Хаотическое движение молекул тела называют тепловым движением. Каждая молекула вещества обладает кинетической и потенциальной энергией, поэтому всякое тело наряду с механической энергией направленного движения обладает внутренней энергией. Величина внутренней энергии тела складывается из кинетической энергии беспорядочного движения молекул и потенциальной энергии их взаимного взаимодействия и расположения.
Изменение внутренней энергии и передача ее от одного тела к другому происходит в процессе взаимодействия тел. Возможны два способа такого взаимодействия. Первый – когда внутренняя энергия одного тела изменяется за счет изменения энергии упорядоченного движения другого тела (механической работы, электризации, перемагничивании, облучении), второй – когда изменение внутренней энергии происходит вследствие соударения хаотически движущихся молекул соприкасающихся тел.
2. Процесс изменения внутренней энергии тела, обусловленный передачей теплового движения молекул без совершения работы внешней средой, называется тепловым процессом или процессом теплопередачи. Мерой изменения внутренней энергии тел, происходящего при теплообмене, служит величина, называемая количеством теплоты.
3. Количество теплоты, подведенное к телу, идет, в общем случае, на изменение внутренней энергии тела и на совершение телом работы над внешней средой (закон сохранения и превращения энергии):
Количеством теплоты Q, сообщенному телу, считается при этом положительным, отданное телом – отрицательным. Работа считается положительной, если тело совершает работу над внешней средой, отрицательной, если работа совершается над телом.
4. Количество теплоты и работа являются мерами изменения внутренней энергии, первая – в процессе теплопередачи, вторая – в процессе превращения механической энергии в теплоту.
Единицей количества теплоты является джоуль (Дж).
5. Существуют три вида теплопередачи: конвекция, теплопроводность и излучение.
Конвекция (в газах и жидкостях) – передача тепла путем перемещения и перемешивания холодных слоев жидкого и газообразного вещества.
Теплопроводность (в газах, жидких и твердых телах) – передача теплоты от более нагретой части тела к менее нагретой в результате теплового движения и взаимодействия молекул.
Излучение – процесс передачи теплоты на расстоянии с помощью электромагнитных волн.
6. Скалярная величина, равная количеству теплоты, которое требуется для изменения температуры тела на один градус, называется общей теплоемкостью C0.
7. Скалярная величина, равная количеству теплоты, которое требуется для изменения температуры тела массой 1 кг на 1О C, называется удельной теплоемкостью C.
8. Если суммарная кинетическая энергия молекул тела изменяется при неизменной потенциальной энергии, то изменение внутренней энергии тела массой m равно
,
или
,
где
- изменение температуры тела, c
– удельная, а C0
– общая теплоемкость вещества.
9. Удельной теплотой сгорания топлива q называется скалярная величина, равная количеству теплоты, которое выделит топливо массой 1 кг при полном сгорании.
10. В процессе химического соединения ряда веществ перестраивается структура молекул, в результате чего резко увеличивается их кинетическая энергия. Такие процессы называют процессами горения, а участвующие в них тела – топливом и окислителем.
При полном сгорании топлива массы m внутренняя энергия теплового движения молекул возрастает на величину
,
где q – удельная теплота сгорания топлива при данном окислителе.
11. Коэффициентом полезного действия (КПД) нагревателя называется скалярная величина:
,
где QП – полезное количество теплоты, QЗ – количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива.