Тепловое движение внутренняя энергия способы измерения внутренней энергии

Тепловое движение внутренняя энергия способы измерения внутренней энергии

Существуют два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная. Сумма кинетической и потенциальной энергии тела называется его полной механической энергией, которая зависит от скорости движения тела и от его положения относительно того тела, с которым оно взаимодействует. Если тело обладает энергией, то оно может совершить работу. При совершении работы энергия тела изменяется. Значение работы равно изменению энергии. (подробнее о Механической энергии в конспекте «Механическая энергия. Закон сохранения энергии»)

Внутренняя энергия

Если в закрытую пробкой толстостенную банку, дно которой покрыто водой, накачивать, то через какое-то время пробка из банки вылетит и в банке образуется туман. Пробка вылетела из банки, потому что находившийся там воздух действовал на неё с определённой силой. Воздух при вылете пробки совершил работу. Известно, что работу тело может совершить, если оно обладает энергией. Следовательно, воздух в банке обладает энергией.

При совершении воздухом работы понизилась его температура, изменилось его состояние. При этом механическая энергия воздуха не изменилась: не изменились ни его скорость, ни его положение относительно Земли. Следовательно, работа была совершена не за счёт механической, а за счёт другой энергии. Эта энергия — внутренняя энергия воздуха, находящегося в банке.

Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Кинетической энергией (Ек) молекулы обладают, так как они находятся в движении, а потенциальной энергией (Еп), поскольку они взаимодействуют. Внутреннюю энергию обозначают буквой U. Единицей внутренней энергии является 1 джоуль (1 Дж). U = Eк + En.

Способы изменения внутренней энергии

Чем больше скорости движения молекул, тем выше температура тела, следовательно, внутренняя энергия зависит от температуры тела. Чтобы перевести вещество из твёрдого состояния в жидкое состояние, например, превратить лёд в воду, нужно подвести к нему энергию. Следовательно, вода будет обладать большей внутренней энергией, чем лёд той же массы, и, следовательно, внутренняя энергия зависит от агрегатного состояния тела.

Внутреннюю энергию можно изменить при совершении работы. Если по куску свинца несколько раз ударить молотком, то даже на ощупь можно определить, что кусок свинца нагреется. Следовательно, его внутренняя энергия, так же как и внутренняя энергия молотка, увеличилась. Это произошло потому, что была совершена работа над куском свинца.

Если тело само совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Если в стакан с холодной водой налить горячую воду, то температура горячей воды понизится, а холодной воды — повысится. В рассмотренном примере механическая работа не совершается, внутренняя энергия тел изменяется путём теплопередачи, о чем и свидетельствует понижение её температуры.

Молекулы горячей воды обладают большей кинетической энергией, чем молекулы холодной воды. Эту энергию молекулы горячей воды передают молекулам холодной воды при столкновениях, и кинетическая энергия молекул холодной воды увеличивается. Кинетическая энергия молекул горячей воды при этом уменьшается.

Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы.

Конспект урока по физике в 8 классе «Внутренняя энергия».

Источник

Физика. 8 класс

Конспект объясняющего модуля

Тип урока – урок открытия нового знания.

— сформировать у учащихся умения реализации новых способов действия;
— ввести понятие внутренней энергии и способы ее изменения;
— развивать логическое мышление, воспитывать интерес к физике.

Формирование УУД (универсальных учебных действий):

— поиск и выделение новой информации по теме;
— нахождение ответов на вопросы, используя свой жизненный опыт и информацию, полученную на уроке;
— построение логической цепи рассуждений;
— умение переносить и применять знания по данной теме в новых условиях;

— умение ориентироваться в своей системе знаний;
— оценивать правильность выполнения действия;
— умение корректировать действие после его завершения;
— высказывать свое предположение;
— развитие контроля и самоконтроля;

— умение оформлять свои мысли в письменной форме;

— способность к самооценке на основе критерия успешности учебной деятельности;
— развитие логического мышления;
— развитие памяти, наблюдательности, внимания;
— расширение кругозора учащихся.

— умение давать определение теплового движения и объяснять, почему температура является мерой средней кинетической энергии теплового движения частиц;
— умение объяснять принцип действия жидкостного термометра и называть назначение термометров различных видов;
— умение переводить температуру из градусов Цельсия в кельвины и наоборот;
— умение объяснять физические явления на основе полученных знаний о тепловом движении частиц вещества.
— умение давать определения понятий внутренней энергии и теплопередачи;
— умение перечислять факторы, от которых зависит и не зависит внутренняя энергия и использовать их для объяснения физических явлений и решения качественных задач.

— формирование целостной картины мира;
— развитие самостоятельности и личной ответственности за свои поступки; в том числе в информационной деятельности;

— овладение способностью принимать и сохранять цели и задачи учебной деятельности, поиска средств ее осуществления;
— освоение способов решения проблем творческого и поискового характера;
— овладение логическими действиями сравнения, анализа, синтеза, обобщения, классификации по родовидовым признакам, установления аналогий и причинно-следственных связей, построения рассуждений, отнесения к известным понятиям;
— овладение базовыми предметными и межпредметными понятиями, отражающими существенные связи и отношения между объектами и процессами.
— Организационный этап

Выполняется упражнение на соответствие картинки и надписей и формулируется тема урока.

Источник

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 23. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты

Список вопросов, рассмотренных в уроке: внутренняя энергия; способы изменения внутренней энергии; различные виды теплообмена; уравнение теплового баланса; работа в термодинамике; нахождение численного значения работы в различных тепловых процессах.

Глоссарий по теме

Термодинамическая система представляет собой систему тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией и веществом.

Состояние равновесия — это состояние системы, в которой нет теплообмена между телами, составляющими систему.

Термодинамический процесс — процесс изменения состояния системы, который изменяет параметры системы.

Внутренняя энергия представляет собой сумму кинетической энергии хаотичного теплового движения и потенциальной энергии взаимодействия всех молекул, составляющих тело.

Теплоемкость представляет собой энергию, которая численно равна количеству тепла, которое выделяется или поглощается, когда температура тела изменяется на 1 К.

Теплопередача- это передача энергии от одного тела другому без выполнения работы.

Количество тепла является количественной мерой изменения внутренней энергии во время теплообмена.

Работа в термодинамике — это взаимодействие системы с внешними объектами, в результате чего изменяются параметры системы.

Г.Я. Мякишев., Б. Буховцев., Н. Н. Соцкий. Физика.10. Учебник для образовательных организаций М .: Просвещение, 2017. — С. 243-254.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс М.: Дрофа, 2009.- с.75-84

Основное содержание урока

Внутренняя энергия тела — это полная энергия всех молекул, которые его составляют. Внутренняя энергия идеального газа пропорциональна его температуре.

Чтобы изменить внутреннюю энергию вещества, надо сообщить ему некоторое количество тепла или совершить работу.

Работа в термодинамике равна изменению внутренней энергии системы: A = ΔU.

Источник

Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия

Традиционный урок открытия новых знаний, обретения новых умений и навыков с элементами проблемного обучения в 8 классе общеобразовательной школы, обучающихся по программе А.В.Перышкина (45 минут).

Деятельностная цель:

• Научить детей новым способам нахождения знаний, ввести новые понятия (тепловое движение, температура, внутренняя энергия), повторить ранее изученный материал (диффузия, основы МКТ, механическая энергия).

Содержательные цели:

• Познакомить учащихся с основными характеристиками тепловых процессов, научить разъяснять причины существования и изменения внутренней энергии тела;
• Расширить знания учеников за счет включения новых имен (Демокрит, М. Арнольд), терминов (превращение энергии) и сравнительных описаний (температурная шкала, величина внутренней энергии, всеобщий характер закона сохранения энергии).

Планируемые образовательные результаты

• Объяснить тепловое движение частиц; ввести понятие температура; установить связь температуры тела и скорости движения его молекул, познакомить учащихся с основными характеристиками тепловых процессов, с тепловым движением как особым видом движения.
• Продемонстрировать визуальный ряд приборов, измеряющих температуру и опыта, косвенно демонстрирующего существование внутренней энергии.
• Привести примеры тепловых явлений и сравнительных описаний.

• Совместно со школьниками поставить новые цели достижения, преобразовать практические задачи в интеллектуально-познавательную деятельность;
• Научить детей самостоятельно анализировать условия достижения цели на основе ориентиров, выделенных учителем; адекватно оценивать правильность выполнения действий и вносить необходимые коррективы.

• Формировать общеучебные действия путем введения физических понятий; обобщение познавательного материала; объяснения явлений природы и процессов, которые происходят в окружающем мире; анализа полученной информации, представленной в разных знаковых системах (текст, схема, аудиовизуальный ряд).
• Устанавливать причинно-следственные связи; учить строить логические рассуждения.

Коммуникативные: Задавать вопросы, развивающие внимание и память (через выполнение проблемного задания и работу с понятийным аппаратом); мышление (через решения качественных задач); речь и учение формулировать мысли (через включение в процесс обсуждения).

Личностные: Способствовать принятию норм и требований школьной жизни, прав и обязанностей ученика.

Выпускник получит возможностьдля развитиявыраженной устойчивой учебно-познавательной мотивации путем формирования представлений о единстве и взаимосвязи явлений природы, готовности к самообразованию.

Оборудование урока: презентация «Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия», опорный конспект, тест с заданиями, сосуды с горячей, теплой и холодной водой.

Эпиграф (на доске):

«Не существует ничего, кроме атомов».

Этап урока (целеполагание, время)

Формы учебной деятельности / Содержание этапа урока

Задания для учащихся, выполнение которых приведёт к достижению запланированных результатов

Планируемые результаты

Предметные

УУД

Этапа мотивации (самоопределения) к учебной деятельности.

Цель: Создание условий для выявления настроения детей и их готовности к плодотворной деятельности.

(2 мин)

Вводные слова учителя:

Ребята! Вам известно, что мир физики занимателен и многообразен. Живя в среде научно-технического прогресса, мы имеем возможность исследовать мир природы и сравнивать свои наблюдения с научными фактами. Чем неожиданнее наши открытия, тем интереснее для нас наука. Посмотрим?!

Эпиграф к уроку

Интеллектуальная разминка. На визуальном ряде представлены примеры тепловых явлений.

• Что объединяет все эти картинки?
• По каким признакам вы это определили?

Демокрит, тепловые явления

Личностные: принять правила поведения на уроке

Актуализация и фиксирование индивидуального затруднения в пробном действии.

Цель: Активизировать мыслительные процессы для усвоения новых знаний

(5 мин)

Тепловые явления происходят вокруг нас постоянно. Для них характерно изменение температуры или агрегатного состояния тел.
Говоря о тепловых явлениях, мы часто употребляем слова: «холодный», «теплый», «горячий»…. Тем самым, на бытовом языке, указываем на различную степень нагретости тел, подразумевая при этом разную температуру.

Вам хорошо известно, что для объективности измерения температуры существует прибор – термометр.

Вывод: Существуют приборы с разными шкалами для измерения температуры. В настоящее время в большинстве стран для научных и практических целей используется Международная практическая температурная шкала (шкала Цельсия).

• Какие тепловые явления происходят на кухне в вашей квартире?

Здоровьесберегающий аспект (проговорить горячо – опасно…)

• Можно ли по своим ощущениям судить о температуре тела?

Эксперимент, подтверждающий выводы:

Три сосуда с водой – горячей, теплой, холодной. Ученик опускает одну руку в сосуд с горячей водой, а другую в сосуд с холодной водой. Через некоторое время опустить обе руки в сосуд с теплой. Опиши свои ощущения.

Анализ визуального ряда

На визуальном ряде представлена серия приборов для измерения температуры с разными шкалами (0R, 0F, . 0K, 0C)

• В чем сходство и отличие данных приборов?

Здоровьесберегающий аспект (проговорить — ртуть опасна!)

Температура температ. шкала, термометр

Личностные: способствовать ориентации в мире (смыслообразование)

Регулятивные: Постановка новых целей и преобразование их в практические задачи (целеполагание, прогнозирование)

Этап выявления места и причины затруднений

Цель: Повторить пройденный материал и создать условия для осознания учащимися причин затруднений при решении пробного задания.

(4 мин)

Вывод: Диффузия (взаимное проникновение молекул одного вещества в другое) происходит быстрее при более высокой температуре.

Вывод: Молекулы одного вещества – одинаковые. Разница – в скорости движения молекул.

Вывод: Молекулы движутся по сложной траектории. При движении они испытывают многочисленные столкновения между собой, которые приводят к изменению направления их движения.

Продолжите фразу: «Скорость движения молекул тела зависит от ….. Беспорядочное движение огромного числа молекул в теле называется — …..»

Вопросы с подвохом:

• Какой должна быть температура воды, чтобы заварить чай?
• В чем отличие между молекулами горячей воды от холодной?
• Известно, что средняя скорость движения молекул газа при комнатной температуре составляет сотни метров в секунду – это скорость артиллерийского снаряда!

Почему же запахи распространяются гораздо медленнее?

Домысливание определения «тепловое движение».

Работа с опорным конспектом

(Бланк опорного конспекта см. приложение №2)

Понятие теплового движения молекул, основные характеристики тепловых процессов, тепловое движение как особый вид движения

Познавательные: самостоятельно выделять и формулировать познавательную цель урока

Коммуникатив-ные: формулировать собственное мнение, умение строить речевые высказывания.

Этап построение проекта выхода из создавшейся ситуации

Цель: Сформулировать цель и тему урока

(6 мин)

Учащимся предлагается решить задания части 1 ОГЭ по физике.

Подобранные задания см. приложение №1

Проверим правильность ваших ответов. Если, все решено верно, то вы получите слово-подсказку.

• О чем сейчас пойдет речь на уроке? Энергия.

Самостоятельное выполнение тестового задания

(Содержание заданий соответствует требованиям к уровню подготовки выпускников Федерального компонента государственного стандарта основного общего образования по физике).

Контроль и коррекция умений

Познавательные: уметь решать тестовые задания, устанавливать причинно-следственные связи.

Регулятивные: целеполагание, включая постановку новых целей, преобразование практической задачи,

Этап первичного закрепления с проговариванием во внешней речи

Цель: Создать образовательную среду для включения учащихся в деятельность по достижению целей урока

(7 мин)

Мэтью Арнольд сказал: «Гениальность зависит главным образом от энергии».

Изучаю механические явления, мы узнали, что кинетическая и потенциальная энергия могут превращаться друг в друга таким образом, что их сумма остается постоянной величиной. В этом заключается один из наиболее общих и фундаментальных законов природы – закон сохранения и превращения энергии. Энергия не исчезает бесследно, она только переходит из одной формы в другую.

Повторение пройденного материала за 7 класс.

Ответы на вопросы:

• Что такое энергия?
• В каких единицах измеряется энергия?
• Какие виды механической вам известны?
• Какие тела обладают потенциальной энергией?
• Какие тела обладают кинетической энергией?

Энергия (механи-ческая- потенциаль-ная и кинетичес-кая), единица энергии, буквенное обозначение энергии, закон сохранения и превращения энергии, М.Арнольд

Коммуника-тивные: слушать и понимать речь других Регулятивные: оценка и учет характера допущенных ошибок при анализе вопросов

Этап самостоятельной работы с проверкой по эталону

Цель: Создать ситуацию успеха для каждого ученика, способствовать развитию естественнонаучной грамотности.
(12 мин)

В реальных опытах закономерности превращения энергии выглядит значительно сложнее.

Прежде, чем ответить на этот вопрос проведем практическую работу. Задача каждого осознанно провести анализ вопросов и записать кратко информацию.

• Высота, на которую поднято тело, с каждым разом становится меньше и, в конце концов, тело останавливается. Означает ли это, что нарушился основной закон механики, и энергия исчезла бесследно?

Практическая работа с элементами экспериментальной деятельности (работа в парах)

Понятие внутренняя энергия, обозначение и единица измерения внутренней энергии, тепловое движение молекул, взаимодействие молекул, взаимное расположение молекул

Личностные: самопознание через анализ дополнительной информации.

Регулятивные: постановка новых целей, преобразование практических задач в познавательную деятельность;

адекватность самооценивание правильности выполнения действий и внесения необходимых корректив.

Коммуникатив-ные: умение задавать вопросы, необходимые для организации собственной деятельности, формулировать собственное мнение.

Познавательные: объяснять явления, процессы, связи и отношения, выявляемые в ходе практической работы.

Вывод: если мы посмотрим на нашу руку в микроскоп с большим увеличением, то увидим, что мельчайшие частицы кожного покрова непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. При ударе ладони деформировались (это можно разглядеть только под большим увеличением), мы почувствовали тепло. При нагревании тела увеличивается средняя скорость движения молекул руки. Значит, увеличилась их средняя кинетическая энергия. Молекулы обладают также и потенциальной энергией. Ведь они взаимодействуют друг с другом — притягиваются и отталкиваются. Когда тело деформировалось, то изменилось взаимное расположение молекул, а значит потенциальная энергия. Это значит, что механическая энергия тела перешла в энергию молекул этого тела.

Работа с опорным конспектом №1. Предлагаю вам хлопнуть в ладоши и описать, с помощью физических понятий, переход энергии.

• Что вы почувствовали после хлопка?
• Что способствовало возникновению ощущения тепла в руке?
• Воспользуйтесь основными положениями МКТ и объясните, что происходит с молекулами руки до и после хлопка?

Тела обладают внутренней энергией.

Внутренняя энергия – это новое для вас понятие.

Работа с текстом учебника

• Найдите в учебнике определение, что такое внутренняя энергия?
• Какие ключевые слова можно выделить из формулировки внутренней энергии?
• Если внутренняя энергия представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергии молекул, значит это что-то большое? Насколько велика внутренняя энергия?

Приведу для сравнения несколько примеров:

Суммарная кинетическая энергия теплового движения молекул в трехлитровой банке воды при комнатной температуре численно равно работе, которую нужно совершить, чтобы поднять легковой автомобиль на 25-й этаж.

Чтобы трехлитровый чайник полностью выкипел, надо сообщить воде энергию, которой хватило бы, чтобы поднять груженый самосвал на тот же 25-й этаж.

Еще больше изменения внутренней энергии могут происходить при химических реакциях, когда одни вещества превращаются в другие. Например, при сгорании 3л бензина выделяется энергия, которой хватило бы для подъема двух груженых товарных вагонов на 25-й этаж.…

Внутренняя энергия – это физическая величина. Обозначается – U. Единица измерения — Дж

Работа с опорным конспектом, постарайтесь сформулировать собственную точку зрения и аргументы к ней по предложенным вопросам:

• Выскажи свои соображения, какое из двух тел, состоящих из одного вещества, но имеющие разные температуры, обладают большой внутренней энергией при прочих равных условиях?
• Выскажи свои соображения, какое из двух тел, состоящих из одного вещества, но имеющие разные массы, обладают большой внутренней энергией при прочих равных условиях?

Выскажи свои соображения, какое из двух тел одинаковой массы, состоящих из одного вещества, но находящихся в разных агрегатных состояниях, обладают большой внутренней энергией при прочих равных условиях?

Этап включения в систему знаний и повторения

Цель: Зафиксировать полученное знание, рассмотреть, как новое знание укладывается в систему ранее изученного, при возможности довести полученный навык до автоматизированности использования
(5 мин)

Обсуждение ответов, которые ребята при работе в паре записали в бланк опорного конспекта.

Внутренняя энергия зависит от температуры, от агрегатного состояния и от массы тела.
Внутренняя энергия не зависит отмеханического движения и от положения тела относительно других тел.

Работа с опорным конспектом.

Игра верю-не верю.

Верите ли вы, что внутренняя энергия тела зависит от ….

• температуры
• агрегатного состояния
• массы тела
• механического движения
• положения тела относительно других тел.

Выскажите предположение, может ли тело одновременно обладать и внутренней и механической энергией.

Зависимость внутренней энергии

Регулятивные: учатся адекватно проводить самооценку полученных знаний

Промежуточный этап, на котором формулируется домашнее задание.
(3 мин)

Решение качественных задач:

• В сосуде нагрели воду. Можно ли сказать, что внутренняя энергия воды увеличилась?
• Почему пила нагревается, если ей пилить некоторое время?
• Как объяснить, что при откачивании воздуха из баллона внутренняя энергия оставшейся части воздуха уменьшилась?

Домашнее задание: §1-2 + доп. 3 задание на выбор (см. приложение №3)

Первичный контроль и коррекция умений

Личностные: принять правила выполнения д/з

Этап рефлексии учебной деятельности на уроке
Цель: Соотнести цель урока и результат учебной деятельности
(1 мин)

• Сегодня на уроке я узнал(а)….
• Мне было трудно…..
• Было интересно узнать, что….

Спасибо за урок.

Регулятивные.: учатся адекватно проводить самооценку

Коммуникативные: умение выражать свои мысли.

Краткий самоанализ урока: Структура соответствует целям и типу урока. Материал подобран разнообразный по формам, средствам, методам работы, а так же дифференцирован по сложности и объему. Изложен доступным языком с множеством примеров из практической жизни. При закреплении изученного материала используются различного типа задания формата ОГЭ. Урок получится результативным, если работать в продуктивном темпе доброжелательно сотрудничая с каждым учеником.

Источник