Головна ⇒ 📌Плани-конспекти уроків по фізиці ⇒ Внутрішня енергія

Внутрішня енергія

2-й семестр

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

4. Кількість теплоти. Теплові машини

– Внутрішня енергія

– Види теплообміну

– Теплова рівновага. Вимірювання температури

– Питома теплоємність

– Енергія палива

– Плавлення й кристалізація

– Пароутворення й конденсація

– Кипіння

– Теплові двигуни

Тематичне планування

№ з/п	Тема уроку	Дата проведення
1	Внутрішня енергія
2	Способи зміни внутрішньої енергії
3	Конвекція
4	Випромінювання
5	Теплова рівновага й температура
6	Лабораторна робота № 11
7	Питома теплоємність речовини
8	Лабораторна робота № 12
9	Енергія палива
10	Лабораторна робота № 13
11	ККД нагрівача
12	Лабораторна робота № 14
13	Плавлення й кристалізація твердих тіл
14	Рівняння теплового балансу при плавленні й кристалізації
15	Графіки плавлення й тверднення кристалічних тіл
16	Пароутворення й конденсація
17	Кипіння. Питома теплота пароутворення
18	Графіки випаровування, кипіння й конденсації
19	Пояснення зміни агрегатних станів речовини на підставі атомно-молекулярного вчення
20	Узагальнюючий урок
21	Принцип дії теплових двигунів
22	Двигун внутрішнього згоряння
23	ККД теплового двигуна
24	Теплові двигуни й захист навколишнього середовища
25	Узагальнюючий урок
26	Тематичне оцінювання
1	Способи заощадження енергетичних ресурсів
2	Підсумковий урок

Урок 1/43

Тема. Внутрішня енергія

Мета уроку: увести поняття внутрішньої енергії тіла як суми кінетичної енергії руху молекул і потенціальної енергії їх взаємодії.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

Демонстрації

5 хв.

1. Модель теплового руху.

2. Падіння пластилінової кульки.

3. Нагрівання тіл при виконанні роботи

Вивчення нового матеріалу

28 хв.

1. Тепловий рух.

2. Що таке внутрішня енергія?

3. За якими ознаками можна довідатися, що внутрішня енергія змінилася?

4. Перетворення внутрішньої енергії під час стиску й розширення газу й при нагріванні тертям

Закріплення вивченого матеріалу

12 хв.

1. Контрольні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі.

3. Поміркуй і відповідай

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Тепловий рух

Без світла ми не могли б бачити навколишній світ, без звуку – чути, а без теплих променів сонця ні ми самі, ні рослини, ні тварини не могли б виникнути й, звичайно, існувати.

Явища, пов’язані з нагріванням або охолодженням тіл, зі зміною температури, називають тепловими.

Теплові явища людина навчилася використовувати ще з давніх часів для обігрівання свого житла, готування їжі й т. ін. До теплових явищ належать, наприклад, нагрівання й охолодження повітря, танення льоду, плавлення металів й ін.

Молекули або атоми, з яких складаються тіла, перебувають у безперервному хаотичному русі. Хаотичний рух молекул можна продемонструвати за допомогою моделі броунівського руху.

Учні вже знають, що дифузія при вищій температурі відбувається швидше. Це означає, що швидкість руху молекул і температура зв’язані між собою. При підвищенні температури швидкість руху молекул збільшується, при зниженні – зменшується. Отже, швидкість руху молекул залежить від температури тіла.

Оскільки зі швидкістю руху молекул тіла пов’язана його температура, то хаотичний рух молекул, з яких складаються тіла, називають тепловим рухом.

Звертаємо увагу учнів на те, що тепловий рух відрізняється від механічного тим, що в ньому бере участь дуже багато частинок і кожна рухається безладно.

2. Що таке внутрішня енергія?

Ми вже знаємо, що існують два види механічної енергії: кінетична й потенціальна. Кінетичною енергією тіла володіють внаслідок свого руху, потенціальною – внаслідок своєї взаємодії з іншими тілами. Кінетична й потенціальна енергія можуть перетворюватися одна в одну.

Кинемо на підлогу з деякої висоти пластилінову кульку. При падінні кульки її потенціальна енергія зменшується, а кінетична збільшується (повна ж механічна енергія кульки зберігається). Після того як кулька вдариться об підлогу, вона зупиниться. Кінетична й потенціальна енергія кульки відносно підлоги дорівнюватимуть нулю.

Чи означає це, що механічна енергія, якою володіла куля, безвісти зникла? Очевидно, ні.

Механічна енергія перетворилася в іншу форму енергії. Що ж являє собою ця інша форма енергії?

У результаті удару об стіл пластилінова кулька нагрілася й деформувалася. При цьому швидкість теплового хаотичного руху молекул кульки (а отже, і їхня кінетична енергія) збільшилася.

Таким чином, механічна енергія кульки не “зникла”, а перейшла в так звану внутрішню енергію.

Очевидно, ця “внутрішня” енергія пов’язана з рухом і взаємодією частинок, з яких складається тіло.

Суму кінетичної енергії хаотичного руху й потенціальної енергії взаємодії частинок (атомів і молекул), з яких складається тіло, називають внутрішньою енергією.

3. За якими ознаками можна дізнатися, що внутрішня енергія змінилася?

При підвищенні температури тіла швидкість теплового руху молекул, а значить, і їхня кінетична енергія збільшується. Отже, при підвищенні температури тіла його внутрішня енергія збільшується, а при зниженні – зменшується.

Таким чином, перша ознака: зміна температури тіла.

Коли вода перетворюється на пару, потенціальна енергія взаємодії молекул збільшується: адже для того, щоб “розтягти” одна від одної молекули води, що притягаються, необхідно виконати роботу. Тому друга ознака: зміна агрегатного стану.

При згорянні вугілля атоми Карбону, що входять до складу вугілля, з’єднуються з атомами Оксигену, що входять до складу повітря. При цьому потенціальна енергія взаємодії молекул переходить у кінетичну енергію хаотичного руху молекул, тобто підвищується температура й внутрішня енергія.

Отже, третя ознака: зміна хімічного складу.

4. Перетворення внутрішньої енергії під час стиску й розширення газу й при нагріванні тертям

Якщо ми спробуємо накачати велосипедну камеру насосом, то відчуємо, що насос нагрівся. Головною причиною нагрівання є в цьому випадку не тертя, а стиск повітря: стискаючи повітря, ми виконували роботу, збільшуючи внутрішню енергію газу.

Якщо помістити на дно товстостінного прозорого циліндра суху ватку й різко вставити поршень у циліндр, ватка загориться (див. рисунок). Чому?

Це відбулося внаслідок сильного стиску: повітря в циліндрі нагрілося до дуже високої температури.

А чи зміниться внутрішня енергія газу, якщо при розширенні газ сам виконає роботу?

Будемо накачувати повітря в товстостінну скляну посудину, щільно закриту пробкою. Коли тиск повітря в посудині стане досить великим, пробка вискочить, причому в посудині з’явиться туман (див. рисунок).

У цьому досліді газ, розширюючись, виконав роботу, передавши пробці механічну енергію. При цьому внутрішня енергія газу зменшилася.

Потріть один брусок об інший – вони нагріваються. Потріть швидко долоні. Ви відчули, що вони нагрілися? Виходить, їхня внутрішня енергія збільшилася. У цьому випадку механічна енергія переходить у внутрішню: ми виконуємо роботу, долаючи силу тертя.

Таким чином, внутрішню енергію можна змінити, виконавши роботу – за рахунок стиску (розширення) газу або за допомогою тертя. Необхідно звернути увагу учнів на практичне застосування отриманих висновків.

– По-перше, сильне нагрівання газу при стиску використовують у дизельних двигунах, установлених в автомобілях, тракторах, кораблях.

– По-друге, у наших дослідах ми змоделювали появу хмар: піднімаючись, водяна пара розширюється й охолоджується, перетворюючись у крапельки води.

– По-третє, перехід частини внутрішньої енергії в механічну енергію відбувається в теплових двигунах, наприклад, в автомобільних. Розширюючись у циліндрі під поршнем, газ виконує роботу. При цьому газ охолоджується, тобто його внутрішня енергія зменшується.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

Наведіть приклади теплових явищ.

Якими видами енергії володіють частинки, з яких складається речовина?

Як внутрішня енергія пов’язана з температурою?

За якими ознаками можна довідатися, що внутрішня енергія змінилася?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Як змінюються внутрішня й механічна енергія хокейної шайби: а) коли її виносять із теплої кімнати на мороз; б) коли літак, на якому перевозять шайбу (разом з хокейною командою), розганяється по злітній смузі; в) коли літак набирає висоту; г) коли по шайбі б’ють ключкою?

2. Шайба ковзає по горизонтальній льодовій площадці. Як при цьому змінюється кінетична енергія шайби? Внутрішня енергія?

2). Поміркуй і відповідай

1. Чи існують у природі тіла, у яких відсутня внутрішня енергія?

2. Чому в газах внутрішня енергія в основному обумовлена тепловим рухом молекул, а у твердих тілах – їх взаємодією?

3. Чи може тіло мати внутрішню енергію, але не мати при цьому механічної енергії?

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 21.

2. Сб-1:

Рів1 – № 24.1, 24.3, 24.4, 24.6, 24.9.

Рів2 – № 24.11, 24.12, 24.15, 24.16, 24.17

Рів3 – № 24.19, 24.20, 24.22, 24.23, 24.24.

Домашнє завдання-2