Способы изменения внутренней энергии
Конспект по физике для 8 класса «Способы изменения внутренней энергии». ВЫ УЗНАЕТЕ: Как можно изменить внутреннюю энергию тела. Что такое теплопередача.
Способы изменения внутренней энергии
Чтобы понять, каким способом можно изменить внутреннюю энергию, необходимо знать, от чего она зависит. Мы уже знаем, что внутренняя энергия зависит от средней кинетической энергии частиц, составляющих тело, и, следовательно, от его температуры. Значит, для изменения внутренней энергии тела нужно изменить его температуру.
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И РАБОТА
Совершая работу, мы можем изменить, например, потенциальную энергию тела. Подняв тело над поверхностью земли, мы тем самым увеличили его потенциальную энергию. Совершив работу, можно также изменить и внутреннюю энергию тела.
При трении тела нагреваются. Если потереть одну ладонь о другую, кожа нагреется. Если быстро спуститься по спортивному канату, то кожу на ладонях можно даже обжечь. Нагревание при трении люди использовали в древности для добывания огня. В наше время одним из способов добывания огня является трение спичечной головки о спичечный коробок.
В специализированной физической лаборатории при соблюдении всех мер предосторожности можно провести следующий опыт. На подставке укрепляется тонкостенная латунная трубка. В неё наливается немного эфира, и она закрывается пробкой. Затем трубка обвивается верёвкой. Если быстро натирать трубку верёвкой, то через некоторое время эфир закипит и пар вытолкнет пробку.
Этот опыт показывает, что внутренняя энергия эфира увеличилась, ведь он нагрелся и даже закипел. А причиной изменения внутренней энергии эфира стала наша работа против сил трения.
Именно из-за того, что температура в сосуде понижается, и появляется туман. Как и почему это происходит, мы с вами обсудим немного позднее. Всем, кто открывал бутылки с лимонадом, это явление хорошо знакомо: над горлышком появляется туман.
Увеличить внутреннюю энергию тела можно путём деформации. Если несколько раз ударить молотком по свинцовому шарику, он деформируется и заметно нагреется. Совершённая при этом работа приведёт к изменению взаимного расположения атомов свинца и к изменению характера их движения.
Рассмотрим пример, когда совершённая работа приводит к уменьшению внутренней энергии тела. В стеклянный толстостенный сосуд, закрытый резиновой пробкой, с помощью насоса нагнетается воздух, содержащий водяной пар. Через некоторое время пробка вылетает из сосуда, а в самом сосуде образуется туман, представляющий собой мельчайшие капельки воды.
Накачивая воздух в сосуд, мы совершаем работу. Число молекул в сосуде возрастает, увеличивается частота и сила их ударов, возрастает скорость их движения, и, следовательно, увеличивается внутренняя энергия и температура воздуха в сосуде. Затем сжатый воздух выталкивает пробку, совершая работу. При этом его внутренняя энергия уменьшается, и температура воздуха в сосуде понижается.
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Внутреннюю энергию тела можно изменить и без совершения механической работы. Например, внутреннюю энергию воды можно увеличить, нагрев на плите чайник. Если поставить горячую кастрюлю на холодную подставку, то с течением времени она остынет. Во всех приведённых примерах внутренняя энергия изменяется, хотя работа при этом не совершается.
Опустим металлическую ложку в стакан с горячей водой. Начальная температура воды выше температуры ложки. Значит, средняя кинетическая энергия молекул воды больше кинетической энергии частиц холодного металла. Молекулы воды, сталкиваясь с атомами металла, передают им часть своей энергии. При этом кинетическая энергия частиц металла увеличивается, а кинетическая энергия молекул воды уменьшается. В результате температура воды уменьшится, а температура ложки увеличится. С течением времени их температуры станут равными.
При непосредственном контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу, температура которого изначально была ниже. При этом внутренняя энергия тела с более высокой температурой уменьшается, а внутренняя энергия тела с меньшей температурой увеличивается.
Процесс передачи энергии от более нагретого тела или участков тела к менее нагретым называют теплопередачей или теплообменом.
Когда температуры тел становятся равными, теплопередача прекращается. При этом процесс теплопередачи необратим. Это означает, что невозможен самопроизвольный процесс передачи внутренней энергии от холодного тела к нагретому.
В XVIII в. французскими химиками была выдвинута идея теплорода — некой субстанции, объясняющей явления, связанные с теплотой и теплопередачей. Считалось, что частицы теплорода отталкиваются друг от друга, но притягивают частицы других веществ. Повышение температуры тела связывалось с увеличение количества теплорода, а понижение температуры — с его уменьшением. В середине XIX в. теория теплорода была отвергнута. Ей на смену пришла молекулярно-кинетическая теория строения вещества.
Бенджамин Томпсон (граф Румфорд) (1753 — 1814) Английский физик. В его честь Лондонское королевское общество учредило награду для выдающихся учёных — медаль Румфорда.
В 1798г. Румфорд сделал важное наблюдение: при высверливании канала в пушечном стволе выделяется большое количество тепла. Для более точного исследования он проделал опыт по сверлению канала в цилиндре, выточенном из пушечного металла. В высверленный канал поместили тупое сверло, плотно прижатое к стенкам канала и приводившееся во вращение. Термометр, вставленный в цилиндр, показал, что за 30 мин операции температура повысилась на десятки градусов Цельсия. Румфорд повторил опыт, погрузив цилиндр и сверло в сосуд с водой. В процессе сверления вода нагрелась и спустя 2,5 ч закипела.
Этот опыт Румфорд считал доказательством того, что теплота является формой движения.
Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Способы изменения внутренней энергии».
Источник
План -конспект урока «Внутренняя энергия» (8 класс)
в 8 классе МОУ «СОШ №1 им.С.И.Гусева»
на тему «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»
Разработал: Полякова Елена Викторовна
Тема урока: «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»
Тип урока. Комбинированный урок.
Вид урока. Урок — презентация
Форма проведения урока. Интерактивная беседа, демонстрационный эксперимент, рассказ, самостоятельная работа
Формы работы учащихся. Коллективная работа, индивидуальная работа, работа в группах.
Оборудование: электронная презентация «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии», компьютер, проектор.
Цель: ввести понятие внутренней энергии как суммы кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия и способах её изменения – теплопередача и совершение работы.
Формирование понятия «внутренняя энергия тела» на основе МКТ строения вещества.
Ознакомление со способами изменения внутренней энергии тела.
Формирование понятия «теплопередача» и умения применять знания МКТ строения вещества при объяснении тепловых явлений.
Развитие интереса к физике через демонстрацию интересных примеров проявления тепловых явлений в природе и технике.
Обоснование необходимости изучения тепловых явлений для применения этих знаний в быту.
Развитие информационно – коммуникативных компетенций учащихся.
Основные термины, понятия : внутренняя энергия, теплопередача
Организационный момент (2 мин).
Проверка домашнего задания (10 мин).
Введение нового материала (20 мин).
Закрепление изученного материала (10 мин).
Домашнее задание (3 мин).
Организационный момент. Добрый день! Сегодня на уроке мы познакомимся еще с одним видом энергии, узнаем от чего она зависит и как ее можно изменить.
Повторение опорных понятий: энергия, кинетическая и потенциальная энергия, механическая работа.
Изучение нового материала.
Учитель . Кроме упомянутых понятий следует вспомнить и то, что два типа механической энергии могут превращаться (переходить) друг в друга, например, при падении тела . Рассмотрим свободно падающий шарик. Очевидно, что при падении его высота над поверхностью уменьшается, а скорость увеличивается, это означает, что уменьшается его потенциальная энергия, а кинетическая увеличивается. Следует понимать, что эти два процесса не происходят отдельно, они взаимосвязаны, и говорят, что потенциальная энергия переходит в кинетическую .
Чтобы понять, что же такое внутренняя энергия тела, необходимо ответить на следующий вопрос, из чего состоят все тела?
Ученики . Тела состоят из частиц, которые непрерывно хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом.
Учитель . А если они движутся и взаимодействуют, то они обладают кинетической и потенциальной энергией, которые и составляют внутреннюю энергию.
Ученики. Получается, что у всех тел внутренняя энергия одинаковая, а значит и температура должна быть одинаковой. А это не так.
Учитель. Конечно не так. Тела обладают различной внутренней энергией, и мы постараемся выяснить, от чего зависит и от чего не зависит внутренняя энергия тела.
Кинетическая энергия движения частиц и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела .
Внутреннюю энергию обозначают 
и измеряется она, как и все другие виды энергии, в Дж (джоулях).
Следовательно, имеем формулу для внутренней энергии тела: 
. Где под 
понимается кинетическая энергия частиц тела, а под 
– их потенциальная энергия.
Вспомним предыдущий урок, на нем мы говорили о том, что движение частиц тела характеризует его температура, с другой стороны, внутренняя энергия тела связана с характером (активностью) движения частиц. Следовательно, внутренняя энергия и температура – взаимосвязанные понятия. При повышении температуры тела его внутренняя энергия тоже повышается, при понижении – уменьшается.
Мы выяснили, что внутренняя энергия тела может изменяться. Рассмотрим способы изменения внутренней энергии тела.
Вы уже знакомы с понятием механическая работа тела, она связана с перемещением тела при приложении к нему определенной силы. Если совершается механическая работа, то меняется энергия тела, аналогичное можно утверждать конкретно про внутреннюю энергию тела. Это удобно изобразить на схеме:
Учитель . Способ увеличения внутренней энергии тела при трении был известен людям с глубокой древности. Именно таким способом люди добывали огонь. Работая в мастерских, например, обтачивая детали напильником, что можно пронаблюдать ? ( Детали нагревались ). Когда человеку холодно, он начинает непроизвольно дрожать. Как вы думаете, почему? ( При дрожи происходят мышечные сокращения. За счет работы мышц внутренняя энергия тела увеличивается, становится теплее ). Какой можно сделать вывод из сказанного?
Ученики . Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы. Если тело само совершает работу, его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.
Учитель . В технике, промышленности, повседневной практике мы постоянно встречаемся с изменением внутренней энергии тела при совершении работы: нагревание тел при ковке, при ударе; совершение работы сжатым воздухом или паром .
Давайте немного отдохнем, а заодно узнаем некоторые интересные факты из истории тепловых явлений (двое учащихся выступают с короткими сообщениями, приготовленными заранее).
Древнегреческий механик Герон Александрийский, изобретатель фонтана, носящего его имя, оставил нам описание двух остроумных способов, с помощью которых египетские жрецы обманывали народ, внушая ему веру в чудеса.
На рисунке 1 вы видите пустотелый металлический жертвенник, а под ним скрытый в подземелье механизм, приводящий в движение двери храма. Жертвенник стоял снаружи его. Когда разводят огонь, воздух внутри жертвенника вследствие нагревания сильнее давит на воду в сосуде, скрытом под полом; из сосуда вода вытесняется по трубке и выливается в ведро, которое, опускаясь, приводит в действие механизм, вращающий двери (рис. 2). Изумленные зрители, ничего не подозревающие о скрытой под полом установке, видят перед собой “чудо”: как только на жертвеннике запылает огонь, двери храма, “внемля молитвам жреца”, растворяются словно сами собой.
Разоблачение “чуда” египетских жрецов: двери храма открываются действием жертвенного огня.
Сообщение 2. Как устраивались чудеса.
Другое мнимое чудо, устраивавшееся жрецами, изображено на рис. 3. Когда на жертвеннике запылает пламя, воздух, расширяясь, выводит масло из нижнего резервуара в трубки, скрытые внутри фигур жрецов, и тогда масло чудесным образом само подливается в огонь. Но стоило жрецу, заведующему этим жертвенником, незаметно вынуть пробку из крышки резервуара — и излияние масла прекращалось (потому что избыток воздуха свободно выходил через отверстие); к этой уловке жрецы прибегали тогда, когда приношение молящихся было слишком скудно.
Учитель. Как всем нам знакомо утреннее чаепитие! Так приятно заварить чай, насыпать в чашку сахарку и пить понемножечку, маленькой ложечкой. Только одно плохо — уж больно ложка горячая! Что же произошло с ложкой? Почему повысилась ее температура? Почему увеличилась ее внутренняя энергия? Мы работу над ней совершали?
Ученики . Нет, не совершали.
Учитель . Давайте выясним, почему произошло изменение внутренней энергии.
Вначале температура воды выше, чем температура ложки, а следовательно и скорость молекул воды больше. Это значит, что молекулы воды обладают большей кинетической энергией, чем частицы металла, из которого сделана ложка. При столкновении с частицами металла молекулы воды передают им часть своей энергии, и кинетическая энергия частиц металла увеличивается, а кинетическая энергия молекул воды уменьшается. Такой способ изменения внутренней энергии тел называется теплопередачей . В нашей повседневной жизни мы часто сталкиваемся с этим явлением. Например, в воде, при лежании на земле или в снегу организм охлаждается, что может привести к простудным заболеваниям или обморожениям. В сильный мороз утки охотно лезут в воду. Как вы думаете, почему? ( В сильный мороз температура воды значительно выше температуры окружающего воздуха, поэтому в воде птица будет охлаждаться меньше, чем на воздухе ).Теплопередача осуществляется несколькими способами, но об этом мы поговорим на следующем уроке.
Таким образом, возможны два способа изменения внутренней энергии. Какие?
Ученики . Совершение работы и теплопередача.
Закрепление изученного материала. Теперь давайте посмотрим, насколько хорошо вы усвоили новый материал сегодняшнего урока . Я буду задавать вопросы, а вы попробуете на них ответить.
Вопрос 1 . В один стакан налита холодная вода, в другой – столько же кипятка. В каком стакане вода обладает большей внутренней энергией? (Во втором, т.к. ее температура выше) .
Вопрос 2. Два медных бруска имеют одинаковую температуру, но масса одного 1 кг, а другого – 0,5 кг. Какой из двух данных брусков обладает большей внутренней энергией? (Первый, т.к. его масса больше) .
Вопрос 3. Молоток нагревается, когда им бьют, например, по наковальне, и когда он лежит на солнце в жаркий летний день. Назовите способы изменения внутренней энергии молотка в обоих случаях. (В первом случае совершение работы, а во втором — теплопередача) .
Вопрос 4 . В металлическую кружку налита вода. Какое из перечисленных ниже действий приводит к изменению внутренней энергии воды? (1, 3)
Нагревание воды на горячей плите.
Совершение работы над водой, приведение ее в поступательное движение вместе с кружкой.
Совершение работы над водой перемешиванием ее миксером.
Учитель . А сейчас я предлагаю вам поработать самостоятельно. (Учащиеся делятся на 6 групп, и дальнейшая работа будет осуществляться в группах ). Перед вами лежит листок с тремя заданиями.
Задание 1. Что является причиной изменения внутренней энергии тел в приведенных ниже явлениях:
нагревание воды кипятильником;
охлаждение продуктов, положенных в холодильник;
возгорание спички при чирканье ею о коробок;
сильное нагревание и сгорание искусственных спутников земли при вхождении их в нижние плотные слои атмосферы;
если быстро изгибать проволоку в одном и том же месте то в одну, то в другую сторону, то это место сильно нагревается;
если быстро скользить вниз по шесту или канату, можно обжечь руки;
нагревание воды в бассейне в жаркий летний день;
при забивании гвоздя его шляпка нагревается;
спичка вспыхивает при внесении ее в пламя свечи.
Задание 2. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе совершения работы при: трении, ударе, сжатии.
Для двух групп – при трении; других двух групп – при ударе и еще двух групп – при сжатии.
Что нового, интересного вы узнали сегодня на уроке?
Как вы усвоили пройденный материал?
Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть?
Пригодятся ли вам знания, полученные сегодня на уроке?
Подведение итогов урока. Сегодня мы с вами познакомились с основными понятиями раздела «Тепловые явления» внутренней энергией и теплопередачей и ознакомились со способами изменения внутренней энергии тел. Полученные знания помогут вам объяснить и предсказать протекание тепловых процессов, с которыми вы встретитесь в своей жизни.
Домашнее задание . § 2, 3 пересказ. Экспериментальные задания:
Измерьте домашним термометром температуру воды, налитой в банку или бутылку.
Плотно закройте сосуд и 10–15 мин интенсивно встряхивайте его, после чего вновь измерьте температуру.
Чтобы исключить передачу тепла от рук, наденьте варежки или заверните сосуд в полотенце.
Какой способ изменения внутренней энергии вы использовали? Поясните.
Возьмите резиновую ленту, связанную кольцом, приложите ленту ко лбу и запомните ее температуру. Удерживая резину пальцами руки, несколько раз энергично растяните и в растянутом виде снова прижмите ко лбу. Сделайте вывод о температуре и причинах, вызвавших изменение.
А.В. Пёрышкин «Физика 8» — М.: «Дрофа», 2013 г.
В восьмых классах по 25 человек. Сильных учеников немного, которые
работают активно на всех уроках. Есть слабые дети, медлительные, таких детей мало, остальные дети – имеют средний уровень.
Форма-занятия: урок – беседа.
Тема урока: Виды теплопередачи.
Тип урока: урок усвоения и закрепления новых знаний.
На уроке использовались следующие формы работы:
· Работа в группах.
· Объяснительно – иллюстративные методы;
· Частично – поисковые методы;
· Наглядно – иллюстративные методы;
· Методы стимулирования учебной деятельности в процессе
· Методы контроля и самоконтроля в обучении (самооценка и
Представленный урок физики проводится в 8 классе при изучении
раздела «Тепловые явления», после знакомства с внутренней энергией.
Для преодоления трудностей при изучении темы я широко использую демонстрационный и лабораторный эксперимент, привлекаю примеры из жизни, быта, природы и производства. При проведении урока в такой форме оптимально сочетаются наглядно – образные, словесно – логические и практические способы предъявления учебного материала. Повышается плотность урока – информативная, деятельностная. На уроке обеспечена смена деятельности учащихся, что не дает им уставать и снижать внимание, реализует принцип взаимопомощи при проведении эксперимента. На уроке применяются разные приёмы активизации деятельности: придание излагаемому материалу проблемного характера, включение в изучаемый материал ярких примеров, фактов, доказательств, вовлечение учащихся в активное обсуждение с использованием их теоретического багажа, применение наглядности и технических средств. Осуществляется организация работы по развитию речи: словесно представить результаты эксперимента и сделать необходимые выводы. Темп урока был средним, но он соответствует уровню класса.
Обратная связь выражалась в ответе учащимися на поставленные вопросы,
контролем за их деятельностью. На уроке для получения информации у ребят были задействованы следующие каналы – слуховой, зрительный. Преобладающий вид мышления – логический.
Важнейшей задачей современной системы образования является
формирование совокупности «универсальных учебных действий»,
обеспечивающих «умение учиться», способность личности к саморазвитию и самосовершенствованию путём сознательного и активного присвоения нового социального опыта. При этом знания, умения и навыки формируются, применяются и сохраняются в тесной связи с активными действиями самих учащихся. Поэтому на уроке я формировала следующие УУД:
· Познавательные УУД (формировать навыки анализа, сравнения,
· Регулятивные УУД (научить работать с информацией, планировать
Коммуникативные УУД (научиться выслушивать друг друга, сотрудничать и делать совместные выводы). Итог урока показал, что дети тему усвоили. Полученные знания смогут
применять на практике. Все методы, выбранные мной, позволили не только изучить тему, но и контролировать: насколько дети ее усвоили.
Считаю, что поставленные цели и задачи урока полностью реализованы, психологический климат на уроке был доброжелательный.
Источник
