Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Методический электронный образовательный центр Министерства образования Оренбургской области и Оренбургского государственного университета
Физика.
10 класс.
УМК Мякишева Г. Я., Буховцева Б. Б., Сотского Н. Н.. для 10-11 классов (под редакцией Парфентьевой Н. А.), 2014г
Базовый уровень обучения.
Тема урока. Необратимость процессов в природе. Второй закон термодинамики.
Общее количество часов, отведенное на изучение темы - 8 часов.
Это шестой урок из восьми в разделе «Термодинамика».
Цель урока – cформулировать 2 закон термодинамики, опираясь на понятия порядок, хаос, направления процессов.
Задачи урока:1) ввести понятия порядок и хаос, выяснить направление процессов в природе, рассмотреть примеры обратимых и необратимых процессов;
2)развивать навыки проводить классификацию по отдельным признакам, применять знания в нестандартных ситуациях;
3) создать условия для развития интеллектуальных способностей и общеучебных умений учащихся.
Планируемые результаты: учащиеся смогут формулировать понятия поядок, хаос, обратимые и необратимые процессы, будут знать формулировку 2 закона Термодинамики, смогут наблюдать и описывать физические явления, для объяснения которых необходимо представление о 2 законе термодинамики.
Содержание урока.
1. Организационный момент. (1 мин.)
Приветственное слово учителя, настрой на работу.
2. Актуализация знаний. (6 мин.)
На прошлых уроках мы рассматривали основные понятия термодинамики и сформулировали 1 закон термодинамики. Применим его к решению задачи.
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Давление окружающего воздуха равно 105Па. Трение между поршнем и стенками сосуда пренебрежимо мало. В процессе медленного охлаждения от газа отведено количество теплоты 75Дж. При этом поршень передвинулся на расстояние равное 10см. Чему равна площадь поперечного сечения поршня? Количество вещества газа постоянно.
3. Изучение нового материала.
- Работа в парах. (7 мин.)
На примере этой задачи мы с вами рассмотрели пример процесса охлаждения газа и как следствие уменьшения его объема. У вас на столе лежат карточки с описанием других процессов, наблюдаемых в природе и быту. Работая в парах, определите критерий классификации и разделите все представленные процессы на 2 группы.
Карточка процессов:
1) Ваза падает и разбивается.
2) Опадает листва с деревьев.
3) Свободное падение тел без трения и дальнейший абсолютно упругий удар.
4) Видеофрагмент с распусканием цветка из бутона.
5) Гидролиз солей.
6) Растворение кусочка марганцовки в воде.
Обсуждение результатов классификации, приход к выводу: все процессы в природе можно разделить на 2 группы: обратимые и необратимые. Записываем тему урока и формулируем определения обратимых и необратимых процессов.
Приведите свои примеры обратимых и необратимых процессов. Какие примеры привести легче? Что нужно сделать, чтобы необратимый процесс сделать обратимым? (Совершить работу).
- Работа со статьей Л.Д.Ландау «Как превратить энергию в работу» (Приложение 1) (10 мин.)
Как получить работу? Всегда ли можно забрать энергию у тела? Какие для этого нужны условия? Найдите в тексте формулировку закона о направлении тепловых процессов? Какой двигатель называют вечным двигателем 2 рода? Противоречит ли его создание 1 закону термодинамики? Почему невозможно создать вечный двигатель 2 рода? Какие тела нужно использовать для совершения двигателем работы? (те, которые не находятся в равновесии с окружающей средой). Главный вывод: Все процессы в мире естественным образом протекают в одном определенном направлении. Причем, это направление всегда от порядка к хаосу. Это очень хорошо доказывается с помощью статистических методов.
- Самостоятельная работа с учебником. (5 мин.) – изучить статистическое распределение молекул.
Все рассмотренные нами примеры, в том числе и распределение молекул по половинам сосуда, приводит нас к формулировке 2 закона термодинамики, найдите его формулировку в учебнике.
4. Закрепление (4 мин.)
Ответим на вопросы:
1) Можно ли пользоваться ветряным двигателем, если температура атмосферного воздуха одинакова?
2) Почему мы не используем тепловую энергию океана?
3) Выполняется ли правило необратимости для трех молекул?
4) Четыре металлических бруска положили вплотную друг к Другу, как показано на рисунке. Стрелки указывают направление теплопередачи от бруска к бруску. Температуры брусков в данный момент 100°С, 80 °С, 60 °С, 40 °С. Какой брусок имеет температуру 60°С?
5. Самостоятельная работа (10 мин).
Для самостоятельной работы используем открытый банк заданий ЕГЭ, подбираем задания, проверяющие на сколько сформировались понятия 1 и 2 законов термодинамики.
6. Итоги урока, задание на дом (2 мин.)
Учащиеся подводят итоги урока: что узнали нового, где эти знания можно применить, какие вопросы остались пока без ответа.
Д.з.: п.81 Решить задачи (подобрать несколько задач из открытого банка заданий, например такие.
1. На T—p диаграмме показан процесс изменения состояния некоторой массы идеального одноатомного газа.Внутренняя энергия газа уменьшилась на 30 кДж. Чему равно количество теплоты, отданное газом? Ответ приведите в кДж.
2. Одноатомный идеальный газ в количестве 4 молей поглощает количество теплоты 2 кДж. При этом температура газа повышается на 20 К. Чему равна работа, совершенная газом в этом процессе? Ответ приведите в кДж, округлите до целого числа.
3. На рисунке показан график зависимости температуры от давления для неизменной массы идеального одноатомного газа.Газ совершил работу, равную 5 кДж. Чему равно количество теплоты, полученное газом? Ответ приведите в кДж.
4. В калориметре находится вода, масса которой 100 г и температура 0 °С. В него добавляют кусок льда, масса которого 20 г и температура -5 °С. Какой будет температура содержимого калориметра после установления в нем теплового равновесия? Ответ приведите в градусах Цельсия.
Приложение 1.
Статья «Как превратить энергию в работу.»
Л.Д. Ландау
Человеку нужны машины, для этого нужно уметь создавать движение – двигать поршни, вращать колеса, тянуть вагоны поезда. Движение машин требует работы. Как получить ее?
Работа происходит за счет энергии. Надо отнять у тела или системы тел энергию – тогда получится работа.
Рецепт вполне правилен, но мы еще не касались вопроса о том, как совершить такое превращение. Всегда ли возможно забрать энергию у тела? Какие для этого нужны условия? Мы сейчас увидим, что почти вся энергия, имеющаяся вокруг нас, совершенно бесполезна: она не может быть превращена в работу. Такую энергию никак нельзя причислить к нашим энергетическим запасам. Разберемся в этом.
Отклоненный от положения равновесия маятник рано или поздно остановится; запущенное от руки колесо перевернутого велосипеда сделает много оборотов, но в конце концов тоже прекратит движение. Нет исключения из важного закона: все окружающие нас тела, движущиеся самопроизвольно, в конце концов остановятся. (Здесь не имеется в виду равномерное поступательное движение и равномерное движение системы тел как целого)
Если имеется два тела – нагретое и холодное, то тепло будет передаваться от первого ко второму до тех пор, пока температуры не уравняются. Тогда теплопередача прекратится, состояния тел перестанут изменяться. Установится тепловое равновесие.
Нет такого явления, при котором тела самопроизвольно выходили бы из состояния равновесия. Не может быть такого случая, чтобы колесо, сидящее на оси, начало бы вертеться само по себе. Не бывает и так, чтобы нагрелась сама по себе стоящая на столе чернильница.
Стремление к равновесию означает, что у событий имеется естественный ход: тепло переходит от горячего тела к холодному, но не может самопроизвольно перейти от холодного тела к горячему.
Механическая энергия колеблющегося маятника благодаря сопротивлению воздуха и трению в подвесе перейдет в тепло. Однако ни при каких условиях маятник не начнет раскачиваться за счет тепла, имеющегося в окружающей среде. Тела приходят в состояние равновесия, но самопроизвольно выйти из него не могут.
Этот же закон энергии показывает, какая часть находящейся вокруг нас энергии совершенно бесполезна. Это энергия теплового движения молекул тех тел, которые находятся в состоянии равновесия. Такие тела не способны превращать свою энергию в механическое движение.
Эта часть энергии огромна. Это «Мертвая энергия»…
…Мы знаем о попытках построения «вечного двигателя»( «перпетуум мобиле»), создающего работу из ничего. Оперируя положениями физики, вытекающими из закона сохранения энергии, невозможно опровергнуть этот закон созданием вечного двигателя (теперь мы назовем его вечным двигателем первого рода). Такую же ошибку совершают и несколько более хитроумные изобретатели, которые создают конструкции двигателей, производящих механическое движение за счет лишь одного охлаждения среды. Этот, увы, неосуществимый двигатель называют вечным двигателем второго рода. И здесь совершается логическая ошибка, поскольку изобретатель основывается на законах физики, являющихся следствием закона о стремлении всех тел к состоянию равновесия, и при помощи этих законов пытается опровергнуть основания, на которых они зиждятся.
Итак, одним лишь отнятием тепла у среды нельзя произвести работу. Другими словами система тел, находящихся в равновесии друг с другом, энергетически бесплодна.
Значит, для получения работы необходимо прежде всего найти тела, не находящиеся в равновесии со своими соседями. Только тогда удастся осуществить процесс перехода тепла от одного тела к другому или превращения тепла в механическую энергию.
Создание потока энергии – вот необходимое условие получения работы. На «пути» этого потока возможно превращение энергии тел в работу.
Поэтому, к энергетическим запасам, полезным для людей, относится энергия лишь тех тел, которые не находятся в равновесии с окружающей средой.
Автор(ы):
Скачать: Физика 10кл - Конспект (Никонова С.И.).docx
