Урок №2 8 класс Тема «Внутренняя энергия. Способы

Урок №2
8 класс
Тема «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии».
Цели урока:
1. Ввести понятие внутренней энергии как суммы кинетической энергии движения
молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.
2. Рассмотреть способы изменения внутренней энергии.
Демонстрации:
1. Падение пластилинового шарика;
2. Сгибание мягкой проволоки;
3. Нагревание жидкости в сосуде при совершении работы;
4. Опыт по нагреванию жидкости в латунной трубке;
5. Опыт по выдавливанию пробки из сосуда при помощи воздушного насоса.
План урока:
I. Повторение. Проверка домашнего задания.
1.Ответы на вопросы в конце домашнего параграфа
2.Ответы на качественные задачи, предложенные учителем
II. Изучение нового материала.
1.Демонстрация опытов с проволокой и пластилиновым шариком;
2.Определение внутренней энергии;
3.Закон сохранения энергии;
4.Демонстрация опытов по изменению внутренней энергии тела;
5.Механическая работа как причина изменения внутренней энергии;
6.Изменение внутренней энергии путем теплообмена.
III. Подведение итогов урока.
I. Повторение. Проверка домашнего задания
При проверке домашнего задания необходимо разобрать ответы на предложенные
вопросы в конце параграфа.
Можно задать несколько качественных задач, например:
1.Одна молекула кислорода движется в воздухе в данный момент со скоростью 900
м/с, а другая – со скоростью 1200 м/с. Правильно ли будет сказать, что температура
второй молекулы выше?
(нет, так как понятие температуры применимо только к макроскопическим телам)
2.Известно, что чем больше скорость движения молекул тела, тем выше его
температура. Почему же не нагревается пулька, выстрелянная в тире из пневматического
ружья, хотя все ее молекулы движутся к мишени с большой скоростью?
(не стоит путать хаотичное движение молекул со скоростью тела)
II. Изучение нового материала
1.Изложение нового материала можно начать с идеи о кажущемся «нарушении»
закона сохранения энергии при падении с некоторой высоты свинцового шарика на
свинцовую плиту (пластилинового шарика на стол)
После демонстрации опыта учитель задает вопросы:
-Какую энергию имел шарик в начале движения? Почему?
-Как изменяется высота при движении шарика вниз? Как изменяется в связи с этим
потенциальная энергия шарика?
-Как изменяется скорость при движении шарика вниз? Как изменяется в связи с
этим кинетическая энергия шарика?
- Происходил ли переход энергии во время падения? Какой именно?
- Какой энергией обладал шарик непосредственно перед ударом?
- Куда делась эта энергия после удара?
- Что произошло с шариком и плитой?
Обсуждая ответы на поставленные вопросы, учащиеся приходят к выводу, что
шарик, который состоит из частиц, нагрелся, а значит, частицы стали двигаться быстрее, и
деформировался, следовательно, расстояние между ними изменилось, поэтому
механическая энергия шарика не «пропала», а перешла во внутреннюю энергию.
Очевидно, что эта внутренняя энергия связана с движением и взаимодействием частиц, из
которых состоит тело.
Учитель может показать опыт по сгибанию и разгибанию медной проволоки.
Место сгиба быстро становится теплым.
- Почему проволока в месте сгиба нагревается?
Обсуждая ответ на поставленный вопрос, учащиеся приходят к выводу, что, сгибая
и разгибая кусок проволоки, мы совершаем механическую работу. Так как температура
сгиба увеличилась, то увеличилась и средняя кинетическая энергия молекул, а значит и
внутренняя энергия. Следовательно, механическая работа превратилась во внутреннюю
энергию.
2.Энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называется
внутренней энергией.
Внутренняя энергия обозначается буквой U.
Внутренняя энергия измеряется в Джоулях: [U] = Дж
Внутренняя энергия всегда больше нуля, ведь тепловое движение частиц никогда
не прекращается. При этом величина внутренней энергии тела не зависит от механической
энергии тела. Механическая энергия зависит от скорости движения и массы тела, а также
от расположения данного тела относительно других тел. Внутренняя энергия
определяется скоростью движения частиц, из которых состоит тело, и их взаимным
расположением.
3. Анализируя проведенные опыты, учащиеся, пришли к выводу, что один вид
энергии превращался в другой.
Учитель может предложить учащимся вспомнить, на каких уроках они наиболее
значительно изменяли внутреннюю энергию окружающих тел и ответить на вопрос:
- Работая, вы растрачиваете вашу энергию. А как вы ее пополняете?
Вот некоторые сведения, полезные для поддержания вашего здоровья:
- Поглощая пищу, вы поглощаете содержащуюся в ней внутреннюю энергию в
следующих количествах: хлеб – 9000 Дж/г; сахар – 17000 Дж/г; молоко – 3000 Дж/г; мясо
– 7500 Дж/г; картофель – 4000 Дж/г; масло – 33000 Дж/г; овощи и фрукты – 600-2000
Дж/г; яйца - 7000 Дж/г.
- Работая, вы расходуете энергию в следующих примерно количествах (за 1 ч на 1
кг массы человека): при подготовке уроков – 6000 Дж; при зарядке – 16000 Дж; при
лежании – 4000 Дж; при плавании -30000 Дж; во время сна – 4000 Дж; при ходьбе 15000
Дж.
- Следовательно, поглощая пищу, вы увеличиваете свою внутреннюю энергию,
а, работая, вы ее расходуете. Неизрасходованная энергия запасается в жировом слое.
Для определения соответствия между изменением механической и внутренней
энергии используется закон сохранения энергии.
Полная энергия, равная сумме механической и внутренней энергии, остается
постоянной при всех взаимодействиях.
Этот закон был открыт Робертом Майером – великий естествоиспытатель и врач,
основатель термодинамики – науки, являющейся теоретической базой современной
теплотехники. Юлиус Роберт Майер родился в 1814 году в небольшом немецком городке
Гейльброне. Едва ли скромный владелец аптеки «К розе» мог предполагать, что имя его
младшего сына Юлиуса войдет в историю физической науки. Ведь в детстве Юлиус не
проявлял особого пристрастия к наукам. В его аттестате зрелости по всем предметам
стояло «посредственно» и только по математике «хорошо». По желанию отца Юлиус
поступил в Тюбенгенский университет на медицинский факультет. Однако профессия
провинциального лекаря Майера не привлекала. Его заветная мечта – поехать в далекое
путешествие. Устроившись врачом на торговое судно, Майер едет на остров Яву. В дороге
он ведет дневник. Однажды во время плавания штурман сказал ему, что во время сильной
бури вода нагревается. Майер занес замечание штурмана в свой дневник и впоследствии
проверил его. (Вы можете тоже проделать такой опыт: налить в бутылку до половины
воды комнатной температуры и, закупорив бутылку пробкой, встряхнуть воду в течение
нескольких минут. Термометр покажет, что вода нагрелась на 1-20 С). С этой путевой
записи и зародилась у Майера мысль о связи между теплотой и движением.
Что же нового дал науке Майер, которого биограф называет «вторым (после
Галилея) основателем физики». Он установил количественное соотношение между
теплотой и работой и первый вычислил с доступной в то время точностью значение
механического эквивалента тепла, исследовал превращения всех известных в его время
форм энергии и сформулировал закон сохранения и превращения энергии.
С 1848 года начинается особенно тяжелая полоса в жизни Р. Майера: смерть двух
дочерей, ссора со старшим братом Фрицем, непонимание его работ местным населением,
незаслуженное обвинение в шпионаже, досадный спор с Джоулем о первенстве открытия
закона сохранения энергии, к тому же домашние условия стали невыносимыми, все члены
семьи были настроены против Роберта. Все это обострило нервное состояние Майера. Не
в силах выдерживать дольше эти мучения, он решает покончить жизнь самоубийством. В
мае 1850 года ночью он выбрасывается из окна своей спальни на втором этаже.
Переломив обе ноги, он остался жив. Два месяца он пролежал в больнице, кости срослись,
но одну ногу он волочил до конца жизни. Родственники уговорили его дать согласие на
лечении в санатории для умалишенных, в котором он провел тринадцать месяцев. В 1854
году врач Юлиус Роберт Майер был выпущен на свободу и стал жить как все
добропорядочные граждане Гейльброна, и даже заниматься врачебной практикой.
Но в это время научный мир признал заслуги Майера. В Швейцарии его избирают
почетным членом Общества естествоиспытателей. В Англии признают за ним приоритет и
славу творца закона сохранения энергии, за что Лондонское королевское общество
присуждает Майеру медаль. Во Франции он избирается членом Парижской Академии
наук. Поздно! Только в 1862 году Майер смог возобновить свою научную деятельность,
но ничем больше не обогатил науку. 20 марта 1878 года Роббер Майер умер от воспаления
легких.
4. Учитель предлагает учащимся вопросы о цепи превращения одних видов
энергии в другие при взаимодействии тел:
- Какие преобразования энергии происходят при падении яблока на землю?
- Почему при трении ладони о ладонь мы чувствуем тепло?
- Какие преобразования энергии происходят при пролете метеорита через
атмосферу? при движении метеорита к Земле в безвоздушном пространстве?
в космосе за счет притяжения к земле метеорит ускоряется-увеличивается
кинетическая энергия,влетев в плотный слой атмосферы,часть кинетической
энергии тратися на преодоление сопротивления среды(сил трения о
воздух),кинетическая энергия переходит в тепло-поэтому ночью видны "падающие
звезды"
- Верно ли утверждение: при теплообмене энергия передается от тел с большей
внутренней энергией к телам с меньшей внутренней энергией?
- По озеру на большой скорости плывет катер. Изменяется ли при этом внутренняя
энергия катера, воды в озере? Как? Почему? Объясните.
Конечно же внутренняя энергия воды в озере будет увеличиваться как и при
любом процессе, связанном с трением. Если бы катер не терял постоянно энергию на
совершение работы по преодолению силы трения, то при движении с выключенным
двигателем его скорость оставалась бы неизменной. Энергия топлива расходуется на
увеличение внутренней энергии деталей двигателя, окружающего воздуха, воды и
корпуса катера.
III. Подведение итогов урока.
Внутренняя энергия – это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых
состоит тело.
Внутренняя энергия обозначается буквой U.
Внутренняя энергия измеряется в Джоулях: [U] = Дж.
Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами:
1)
за счет совершения механической работы;
2)
за счет теплообмена.
Эти способы равноправны. Мы никогда не можем угадать, за счет чего
увеличилась внутренняя энергия тела. Таким образом, изменение внутренней энергии тела
всегда происходит за счет энергии других тел: либо при теплопередаче (за счет изменения
внутренней энергии), либо при совершении работы (за счет механической энергии).
Домашнее задание
1.§§ 2 учебника; вопросы и задания к параграфу
2.Сборник задач В.И. Лукашик, Е.В. Иванова: № 920, 921, 929, 934