Способы изменения внутренней энергии физика задачи

Урок физики в 8-м классе по теме: «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»
план-конспект урока по физике (8 класс) на тему

Комбинированный урок физики.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Урок физики в 8-м классе по теме: «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»

• 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.

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.

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 .Сспособ 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).

Сообщение 1 . Как устраивались чудеса.

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)

1. Нагревание воды на горячей плите.
2. Совершение работы над водой, приведение ее в поступательное движение вместе с кружкой.
3. 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:

1. нагревание воды кипятильником;
2. охлаждение продуктов, положенных в холодильник;
3. возгорание спички при чирканье ею о коробок;
4. сильное нагревание и сгорание искусственных спутников земли при вхождении их в нижние плотные слои атмосферы;
5. если быстро изгибать проволоку в одном и том же месте то в одну, то в другую сторону, то это место сильно нагревается;
6. приготовление пищи;
7. если быстро скользить вниз по шесту или канату, можно обжечь руки;
8. нагревание воды в бассейне в жаркий летний день;
9. при забивании гвоздя его шляпка нагревается;
10. спичка вспыхивает при внесении ее в пламя свечи.

Задание 2. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе совершения работы при: трении, ударе, сжатии.

Источник

Качественные задачи на внутреннюю энергию

Обновлено: 08 Сентября 2021

Столкнувшись с задачами по физике на внутреннюю энергию, главное, основательно разобраться во всех процессах, указанных в условиях, и использовать ранее изученные формулы по этой теме.

Каким образом можно изменить внутреннюю энергию в физике

Чтобы условия задачи всегда были ясны, важно детально разобраться с понятием, точно знать, что это такое, от чего зависит и на что влияет.

Понятие, определение

Внутренней энергией называется энергия движения и взаимодействия частиц, составляющих тело, соответственно, она складывается из кинетической энергии, возникающей при движении молекул тела, и потенциальной энергии взаимодействия его частиц.

В международной системе обозначается большой латинской буквой U и измеряется в Джоулях.

Внутренняя энергия тела зависит:

1. От температуры. Чем выше температура тела, тем активнее движутся частицы внутри него, тем больше его внутренняя энергия.
2. От его массы.
3. От агрегатного состояния вещества (вода/лед).

Изменить внутреннюю энергию можно:

1. С помощью работы, совершаемой над телом или совершенной им. Причем, внутренняя энергия объекта уменьшается, если он совершает работу, и, наоборот, увеличивается, если работа совершается над ним.
2. При помощи теплопередачи.

Теплопередача — это один из способов изменения внутренней энергии объекта, при котором происходит передача энергии от объекта к объекту или от одной части тела к другой без совершения работы.

Основные формулы и их применение

Основными формулами, которые понадобятся для решения задач по данной теме, являются:

1. \(U=E_к+E_п\) , где \(E_к\) — кинетическая энергия, а \(E_п\) — потенциальная.
2. \(\Delta U=A+Q\) , где \(A\) — это работа, \(Q\) — количество теплоты. Данное уравнение выражает первый закон термодинамики: изменение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое будет равняться сумме работы внешних сил и количества теплоты переданной системе.

Примеры решения качественных задач по теме

Для решения задач по данной теме термодинамики чаще всего нужны следующие формулы:

Чтобы окончательно разобраться с темой, рассмотрим решение нескольких типовых задач.

Задача №1

Какова внутренняя энергия гелия, который заполняет аэростат объемом 50 м 3 при давлении в нем 80 кПа?

Решение

1. Записываем известные нам данные: p=80 кПа, V=50 м 3 , U=?
2. Приводим единицы измерения давления к общепринятым — Па, p=8х10 4 Па.
3. Для одноатомного идеального газа U вычисляется по формуле: \(U=\frac32\times\frac mM\times R\times T\)
4. Для решения этой задачи нам понадобится уравнение Менделеева-Клапейрона: \(p\times V=\frac mM\times R\times T\)
5. Соответственно, \(U=V=\frac32\times p\times V\)
6. Подставляем числовые значения в формулу и получаем ответ: 6 МДж.

Задача №2

Насколько изменилась внутренняя энергия гелия, если его масса 200 грамм, а температура увеличилась на 20 Кельвинов?

Решение

1. Записываем вводные данные: m= 200 гр., T=20 К, R=8,31 Дж х моль/К, M=0,004 кг/моль, U=?
2. Для решения данной задачи потребуется одна формула — для идеального газа: \(U=\frac32\times\frac mM\times R\times T\)
3. Производим несложные математические действия и получаем ответ: 12,5 кДж.

Задача №3

Газ находится в закрытом баллоне. При охлаждении газа его внутренняя энергия снизилась на 500 Дж. Какое количество теплоты при этом отдал газ и совершал ли он работу?

Решение

1. Это задача скорее теоретическая, поэтому давайте рассуждать: так как газ находится в закрытом баллоне, следовательно, его объем не меняется, т.е. \(\Delta V=0\)
2. Работа определяется по формуле: \(\Delta V=0\) , \(А=0\) , а это значит, что газ работу не совершал.
3. По первому закону термодинамики, \(Q=A+\Delta U=\Delta U= — 500\) Дж.

Если тема по-прежнему кажется сложной, а вам предстоит подготовить доклад или решить с десяток задач по ней, не спешите отчаиваться! Специалисты онлайн-сервиса Феникс.Хелп рады будут помочь с любой темой по физике или другому предмету.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что