Урок по физике: "Закон сохранения энергии в тепловых процессах". Закон сохранения энергии в тепловых процессах

• Виды топлива
• Отопление и обогрев
• Приготовление пищи
• Теплопередачи и закон сохранения энергии
• Энергия и теплота в живой природе
• Тепловые механизмы и двигатели

Урок по методу проекта

• Цель:
• систематизировать и обобщить раннее полученные знания по теме;
• дать представление о проектной деятельности;
• заинтересовать учащихся исследовательской деятельностью;
• развивать логическое мышление и умение обобщать;
• научиться применять полученные знания на практике и в быту.

Проект №1

« Виды топлива »

Горение – это экзотермическая реакция, которая идет с выделением тепла. виды топлива на 3 группы: твёрдое, жидкое, газообразное . Оказывается, из множества видов твёрдого топлива, наибольшее количество тепла выделяет бурый челябинский уголь, 14300 кДж на 1 кг топлива, и металлическое ракетное горючее:

магний 24 830 кДж

алюминий 31 000 кДж

бериллий 66 600 кДж

Из жидких видов: керосин осветит 43100 кДж на 1 кг жидкого топлива и дизельное топливо - 42700 кДж.

Газообразное топливо отличается выделением большого количества энергии на 1 кг горючего топлива. Но самое большое количество энергии выделяется при сгорании водорода - 119 700 кДж.

Проект № 2

«Отопление и обогрев»

1. Каким способом обычно, осуществляется обогрев жилых и промышленных помещений?

2. Как можно исследовать конвекцию в помещении?

3. Какие ещ ё существуют способы теплопередачи?

Проект № 3 «Приготовление пищи»

Как заставить картофель свариться быстрее?

Чтобы ваш картофель сварился быстрее, надо перед варкой бросить в кастрюлю с картофелем и водой кусочек сливочного масла. Нагреваясь, оно растопится и покроет поверхность воды тонкой пленкой. Эта защитная пленка будет препятствовать процессу испарения воды. А процесс испарения всегда сопровождается уменьшением температуры жидкости и ее количества. Сталкиваемся с такой ситуацией: половина жидкости выкипела, а картофель еще не сварился, приходится доливать воду и варить дальше, а на это требуется лишнее время.

Проект№ 4 «Теплопередача и закон сохранения энергии»

1. Предложите опыты с простым школьным оборудованием для демонстрации разных видов теплопередачи и объясните их схематически.

2 . При изменении температуры тело может изменять свои механические свойства: длину, объем, плотность, упругость, хрупкость. Приведите примеры.

Проект № 5 «Энергия и теплота в живой природе»

• Некоторые организмы, особенно в стадии покоя, способны существовать при очень низких температурах. Например, споры микроорганизмов выдерживают охлаждение до - 200 С. Различают организмы с не постоянной температурой: лягушки, рыбы, крокодилы, змеи, и с постоянной: волки, медведи. Температура тела зависит от температуры окружающей среды. Существует много приспособлений для борьбы с охлаждением или перегревом.

Проект № 6 «Тепловые механизмы и двигатели»

В своей жизни мы постоянно встречаемся с разнообразными двигателями. Работа тепловых машин связана с потреблением различных видов энергии. Конструкция первых паровых машин имела основные части всех последующих тепловых машин: нагреватель, в котором освобождалась энергия топлива, водяной пар как рабочее тело и поршень с цилиндром, преобразующий энергию пара в механическую работу, а также охладитель, необходимый для снижения температуры и давления пара.

Тема: “Закон сохранения энергии в тепловых процессах”

Тип: Урок закрепления знаний изученного материала

Вид: Урок по методу проектов

Систематизация и обобщение ранее полученных знаний по данной теме;
- Дать представления о проектной деятельности и разработать элементарный проект по заданной проблеме;
- Заинтересовать учащихся исследовательской деятельностью;
- Развивать логическое мышление и умения обобщать;
- Научиться сопоставлять и изменять полученные знания на практике и в быту;
- Воспитывать чувство коллективизма, взаимопомощи, умение работать в группах.

Оборудование: На столах приборы согласно проектам, компьютер.

Оформление: На доске портрет М.В. Ломоносова, плакат со словами:

“Может собственным Платоном
И быстрых разумом Невтонов
Российская земля рожать”

М.В. Ломоносов.

Ход урока:

Про теплоту начнем рассказ
Всё вспомним, обобщим сейчас
Энергия работа до кипения.
Чтоб лени наблюдалось испарение
Мозги не доведём мы до плавления,
Их тренируем до изнеможения.
В учении проявляем мы старание,
Идей научных видя обоняние!
Задачу мы любую одолеем,
И другу подсобить всегда сумеем.
Историю науки изучаем
И Ломоносова великим почитаем,
И проявляем мы себя в труде
Как двигатель с высоким КПД!
Но как же жизнь бывает непроста
С той дамой, что зовётся Теплота!

Учитель: Добрый день, дорогие друзья!

Тема нашего сегодняшнего урока “Закон сохранения энергии в тепловых процессах”. Я надеюсь вы повторили эту тему. Сейчас мы вспомним законы и формулы, но не будем решать сложных задач, вне всякого сомнения, вы умеете делать это хорошо. Задача нашего урока другая. Сегодня вы попробуете себя в роли исследователей, попробуете выполнить несколько элементарных проектов-заданий, в которых решаются задачи, возникающие, кстати, достаточно в обычной жизни.

В процессе изучения различных физических явлений мы знакомились с самыми различными формами энергии. Поскольку сейчас мы закончили изучение темы “Тепловые явления” нас, прежде всего, интересует внутренняя энергия и способы её изменения. Прошу ответить на вопросы:

Учитель: Что называется внутренней энергией?

Учащийся: Внутренняя энергия – это энергия движения и взаимодействия молекул.

Учитель: Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?

Учащийся: Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: совершением над телом механической работы или теплопередачей.

Учитель: С теплопередачей непосредственно связано такое понятие, как количество теплоты. Что же такое количество теплоты?

Учащийся: Количество теплоты – это энергия, которую тело получает либо теряет при теплопередаче

Учитель: Давайте охарактеризуем изученные нами тепловые процессы, именно формулами. Сейчас вам будут розданы листы с заданиями в виде таблиц, которые вы должны заполнить. Время работы 3 минуты. После этого вы сделаете взаимопроверку и каждый оценит работу рядом сидящего. (Приложение №1 ). Звучит музыка.

Учитель: Знаете ли вы, что физик Вальтер Нернст увлекался разведением карпов? Однажды кто – то глубокомысленно заметил: “Странный выбор. Кур разводить и то интереснее”. Учёный невозмутимо ответил: “Я развожу таких животных, которые находятся в тепловом равновесии с окружающей средой. Разводить теплокровных – это значит обогревать на свои деньги мировое пространство”. Справедливо ли замечание ученого? На этот и другие вопросы нам ответят законы термодинамики.

Учитель: А что такое термодинамика?

Учащийся: Термодинамика - раздел физики, изучающий законы теплового равновесия и превращения теплоты в другие виды энергии.

Учитель: Сформулируем принципы, которые носят название законов термодинамики.

Учащийся: Количество теплоты, полученное системой, расходуется на изменение её внутренней энергии и на работу, производимую системой против внешних сил.

Учащийся: Невозможен процесс, единственным результатом которого был бы переход энергии путем теплообмена от холодного тела к более горячему.

Учитель: Энергия, согласно закону сохранения не возникает из нечего, поэтому нельзя построить двигатель, который бы совершал работу большую, чем та энергия, которая подводится к двигателю из вне.

Учащийся: Невозможно создать двигатель 1 рода.

Учитель: Ну, коль вечный невозможно создать, то, что такое реально существующие тепловые двигатели?

Учащийся: Машины, преобразующие внутреннюю энергию в механическую, называют тепловыми двигателями.

Учитель: Из каких основных частей состоит любой тепловой двигатель?

Учащийся: Нагреватель -> рабочее тело - > холодильник.

Учитель: Назовите основные виды тепловых двигателей.

Учащийся: Паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая турбина, реактивный двигатель.

Учитель: Каков КПД тепловых двигателей?

Учащийся: Обычно не более 30-40%.

Учитель: Человек очень расточительно использует энергию топлива, которую дарит нам природа. Мы, как не благодарные дети, проматываем наследство, накапливавшееся по крохам в течении миллионов лет. Природа поступает более мудро. Как же она решает энергетическую проблему? На этот вопрос вы ответите в своих проектах.

Проект №1

“Виды топлива”

Проект №2

“Отопление и обогрев”

Проект №3

“Приготовление пищи”

Проект № 4

“Теплопередача и закон сохранения энергии”

Проект №5

“Энергия и теплота в живой природе”

Проект №6

“Тепловые механизмы и двигатели”

Учитель: Пожалуйста, быстро ответьте на вопрос:

Насколько продуктивным был для вас урок?
- понравилось ли вам проективная деятельность?
- прозвучала ли на этом уроке для вас новая информация?

Подведение итогов:

Мы познакомились с тем, в чем состоит суть проектной деятельности, хотя и на достаточно простом уровне. Мне бы очень хотелось, чтобы каждый из Вас выполнил свой проект, а время урока ограничено. Мне хотелось показать, что знания, полученные в школе, не должны лежать мертвым грузом на задворках вашей памяти. Их можно и нужно использовать в повседневной жизни, в быту, да и в глобальных масштабах. Очень надеюсь, что наш урок для кого-то из вас станет отправной точкой для дальнейшей исследовательской и проектной работы.

Домашнее задание: предлагаю дома вам решить составленные задачи, и мы вернемся к ним уже на следующем уроке.

Желаю успехов во всех ваших начинаниях. Удачи и спасибо всем за урок.

БИБЛИОГРАФИЯ:

1. Голубева Е.С. Занимательное естествознание. Нескучный учебник. - СПб.: “Тритон”, 1997.
2. Ковалева С.Я. Закон сохранения энергии в тепловых процессах // Еженедельная газета издательского дома “Первое сентября”, № 33, 1-7 сентября 2002.
3. Ланина. И.Я. Сто игр по физике. - М.:, “Просвещение”, 1995.
4. Перельман Я.И. Занимательная физика. - М.:, “Наука”, 1991.
5. Увицкая Е.С. Использование биологического материала на уроках физики. // Еженедельная газета издательского дома “ Первое сентября”, № 31, 16-22 августа 2002.

Слайд 2

Цель урока:

Систематизация и обобщение ранее полученных знаний по данной теме. Задачи урока: Заинтересовать учащихся исследовательской деятельностью; - Развивать логическое мышление и умения обобщать; - Научиться сопоставлять и изменять полученные знания на практике и в быту; - Воспитывать чувство коллективизма, взаимопомощи, умение работать в группах.

Слайд 3

“Может собственным Платоном И быстрых разумом Невтонов Российская земля рожать” М.В. Ломоносов.

Слайд 4

Про теплоту начнем рассказ Всё вспомним, обобщим сейчас

Энергия работа до кипения. Чтоб лени наблюдалось испарение Мозги не доведём мы до плавления, Их тренируем до изнеможения. В учении проявляем мы старание, Идей научных видя обоняние! Задачу мы любую одолеем, И другу подсобить всегда сумеем. Историю науки изучаем И Ломоносова великим почитаем, И проявляем мы себя в труде Как двигатель с высоким КПД! Но как же жизнь бывает непроста С той дамой, что зовётся Теплота!

Слайд 5

Что называется внутренней энергией? Какими способами можно изменить внутреннюю энергию? С теплопередачей непосредственно связано такое понятие, как количество теплоты. Что же такое количество теплоты?

Слайд 6

Задание:

Давайте охарактеризуем изученные нами тепловые процессы, именно формулами. Сейчас вам будут розданы листы с заданиями в виде таблиц, которые вы должны заполнить. Время работы 3 минуты. После этого вы сделаете взаимопроверку и каждый оценит работу рядом сидящего.

Слайд 7

Знаете ли вы,

что физик Вальтер Нернст увлекался разведением карпов? Однажды кто – то глубокомысленно заметил: “Странный выбор. Кур разводить и то интереснее”. Учёный невозмутимо ответил: “Я развожу таких животных, которые находятся в тепловом равновесии с окружающей средой. Разводить теплокровных – это значит обогревать на свои деньги мировое пространство”. Справедливо ли замечание ученого? На этот и другие вопросы нам ответят законы термодинамики.

Слайд 8

Блиц - опрос:

А что такое термодинамика? Сформулируем принципы, которые носят название законов термодинамики. Можно ли создать вечный двигатель? Ну, коль вечный невозможно создать, то, что такое реально существующие тепловые двигатели? Из каких основных частей состоит любой тепловой двигатель? Назовите основные виды тепловых двигателей.

Слайд 9

Человек очень расточительно

использует энергию топлива, которую дарит нам природа. Мы, как не благодарные дети, проматываем наследство, накапливавшееся по крохам в течении миллионов лет. Природа поступает более мудро. Как же она решает энергетическую проблему? На этот вопрос вы ответите в своих проектах.

Слайд 10

Проект №1 “Виды топлива”

1. Рассмотрите источники тепла, которые нас окружают. Источниками тепла мы считаем газовую плитку, костёр, сгорание бензина, мазута, кокса в котельных. Горение – это экзотермическая реакция, которая идёт с выделением тепла. Гидроэлектростанции и тепловые станции тоже являются источниками тепла, так как дают до 70% всей электроэнергии, а это электроплитки, электрокамины и другие электро-обогреватели.

Слайд 11

2. Проанализируйте виды топлива,

Проанализировав горение сухого горючего, свечи, растительного масла, горение эфира и пользуясь таблицей № 1 разделите виды топлива на 3 группы: твёрдое, жидкое, газообразное. Оказывается, из множества видов твёрдого топлива, наибольшее количество тепла выделяет бурый челябинский уголь, 14300 кДж на 1 кг топлива, и металлическое ракетное горючее: магний 24830 кДж алюминий 31000 кДж бериллий 66600 кДж. Из жидких видов: керосин осветит 43100 кДж на 1 кг жидкого топлива и дизельное топливо - 42700 кДж. Газообразное топливо отличается выделением большого количества энергии на 1 кг горючего топлива. Но самое большое количество энергии выделяется при сгорании водорода -119700 кДж.

Слайд 12

20 деревянных лучин, термометр, весы с разновесами.

Используйте их для составления задачи, в которой бы упоминалось сгорание. На сколько повысится температура воздуха в большой пещере объемом 10 м на 15 м на 5 м, если там сгорят 20 деревянных лучин, массой 800 г? Начальная температура воздуха около 14?С.

Слайд 13

Проект №2 “Отопление и обогрев”

1. Каким способом обычно, осуществляется обогрев жилых и промышленных помещений? Как можно исследовать конвекцию в помещении? Какие еще существуют способы теплопередачи?

Слайд 14

2. Докажите с помощью приборов,

что нагрев жидкости, стоящей на огне происходит конвективным способом. Колба с водой нагревается на спиртовке, на дне - кристаллы марганца, закрепленные кусочком пластилина. 3. Составьте задачу, в которой бы учитывался обогрев какого-то предмета известными вам способами теплопередачи. 1. В предыдущем опыте сгорело 10 грамм спирта. На нагрев затрачено 30% полученной теплоты. На сколько повысилась температура одного литра воды? 2. Температура воды в отопительном котле 90?С. Начальная температура воды 10?С. В котле помещается 5м3 воды. Сколько мазута расходуется на разогрев и поддержание температуры такого котла, если потери составляют 15%? Считать, что разогрев происходит один раз.

Слайд 15

Проект №3 “Приготовление пищи”

1. Какие тепловые способы приготовления пищи вам известны? В каждом случае укажите источник тепловой энергии и способ передачи теплоты к продуктам. В дыму, на огне, на пару, в печи, на костре. 2. Большая часть нашей пищи готовится в кипящей воде. Как заставить картофель свариться быстрее? Чтобы ваш картофель сварился быстрее, надо перед варкой бросить в кастрюлю с картофелем и водой кусочек сливочного масла. Нагреваясь, оно растопится и покроет поверхность воды тонкой пленкой. Эта защитная пленка будет препятствовать процессу испарения воды. А процесс испарения всегда сопровождается уменьшением температуры жидкости и ее количества.

Слайд 16

3. Предложите

или найдите в литературе какое- либо усовершенствование приготовления пищи. Конфорку электрической плитки можно сделать из нагревательных элементов в виде колец. В электрическую цепь будут включаться только те кольца, размер которых соответствует дну кастрюли. 4. Придумайте задачу, в которой упоминается процесс приготовления пищи. Сколько березовых дров необходимо собрать для костра туристам, чтобы вскипятить ведро родниковой воды? Температура воды в роднике 9°С. Считать, что потерь тепла не существует.

Слайд 17

Проект № 4“Теплопередача и закон сохранения энергии”

1. Предложите опыты с простым школьным оборудованием для демонстрации разных видов теплопередачи и объясните их схематически. Кипячение воды в бумажной коробочке, нагревание термометра на расстоянии от источника тепла (лампа, плитка, отклеивание кнопок от нагреваемого пламени стержня).

Слайд 18

2. При изменении температуры тело может изменять свои механические свойства: длину, объем, плотность, упругость, хрупкость. Приведите примеры. Опыты: нагревание монеты трением, металлической спицы в пламени (одним концом спица упирается в огонь или касается его), нагревание воздуха в колбе с жидкостью (движется столбик жидкости в трубке). 3. Как определить температуру предмета, нагретого в пламени, если у вас имеется еще калориметр с холодной водой, термометр, весы с разновесами, таблицы?

Слайд 19

Проект №5 “Энергия и теплота в живой природе”

1. Главный закон, которому подчиняются все тепловые процессы – закон сохранения энергии. Все живые организмы затрачивают в процессе жизнедеятельности много энергии (движение, питание, охота). Откуда они берут энергию?

Слайд 20

Рассматриваются

химические реакции внутри клетки. Вся серия этих реакций называется внутренним дыханием (тканевым, клеточным). Оно подразделяется на аэробное и анаэробное. Первое связано с распадом некоторых веществ при участии кислорода и происходит с большим выделением энергии, второе – с бескислородным превращением глюкозы. Дыхание живых существ иногда называют медленным горением.

Слайд 21

Проект №6“Тепловые механизмы и двигатели”

1. Приведите примеры механизмов, использующих при своей работе тепловую энергию. Укажите в каждом случае источник энергии, путь ее преобразования. В своей жизни мы постоянно встречаемся с разнообразными двигателями. Они приводят в движение автомобили и самолеты, трактора и корабли, железнодорожные массивы и ракеты. работа тепловых машин связана с потреблением различных видов энергии. Конструкция первых паровых машин имела основные части всех последующих тепловых машин: нагреватель, в котором освобождалась энергия топлива, водяной пар как рабочее тело и поршень с цилиндром, преобразующий энергию пара в механическую работу, а также охладитель, необходимый для снижения температуры и давления пара.

Слайд 22

2. Опишите самое простое строение паровой машины.

Самое простое строение паровой машины создал Герон Александрийский во II в. до н.э. Она состояла из подставки, на которой был водружен сосуд с ручками и наполненный водой. Устройство, которой помещалось в воду, напоминало колбу. С четырех сторон помещались трубки. Когда дрова горели, вода закипала и пар фонтаном бил из верхней трубки. Это была самая древняя паровая машина.

Слайд 23

3. Покажите на опыте,

используя оборудование школьной лаборатории, как можно совершить работу, за счет преобразования тепловой энергии. В пробирке помещена вода, которая закипает, получая количество теплоты от сгорания спирта. И пар выбивает пробку из пробирки. Так совершается работа после превращения энергии. 4.Предложите задачу, в которой используется работа любого теплового устройства.

Слайд 24

Расскажите о каком-либо приборе, устройстве, которое работает за счет тепловой энергии окружающей среды.

Не один из источников энергии, известных на сегодня не в состоянии в будущем полностью взять на себя удовлетворение растущих потребностей человека. Для этого необходимо больше внимания уделить альтернативным источникам или источникам, работающим на энергии окружающей среды. Уже существует, например, “солнечные батареи”, которые превращают солнечную энергию в электрический ток при помощи фотоэлементов. Много проектов создано для использования силы приливов, силы ветров, силы гейзеров. Существуют и проекты использования разности температур между поверхностными слоями воды тропических морей и температурой воды на больших глубинах.

Слайд 25

Желаю успехов во всех ваших начинаниях. Удачи и спасибо всем за урок.

Голубева Е.С. Занимательное естествознание. Нескучный учебник. - СПб.: “Тритон”, 2007. Ковалева С.Я. Закон сохранения энергии в тепловых процессах // Еженедельная газета издательского дома “Первое сентября”, № 33, 1-7 сентября 2012. Ланина. И.Я. Сто игр по физике. - М.:, “Просвещение”, 2005. Перельман Я.И. Занимательная физика. - М.:, “Наука”, 2001. Увицкая Е.С. Использование биологического материала на уроках физики. // Еженедельная газета издательского дома “ Первое сентября”, № 31, 16-22 августа 2012.

Посмотреть все слайды

Внутренней энергией называется сумма кинетических энергий всех частиц, из которых состоит тело, и потенциальных энергий взаимодействия этих частиц между собой. Сюда включается энергия взаимодействия электронов с ядрами и энергия взаимодействия составных частей ядра.

Внутренняя энергия зависит от его температуры. Температура характеризует среднюю кинетическую энергию частиц вещества. При изменении температуры меняется расстояние между частицами, следовательно, меняется и энергия взаимодействия между ними.

Внутренняя энергия меняется также при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Процессы, связанные с изменением температуры или агрегатного состояния вещества, называют тепловыми . Тепловые процессы сопровождаются изменением внутренней энергии тела.

Химические реакции, ядерные реакции также сопровождаются изменением внутренней энергии тела, т.к. меняется энергия взаимодействия частиц, участвующих в реакциях. Внутренняя энергия меняется при излучении или поглощении энергии атомами при переходе электронов с одной оболочки на другую.

Одним из способов изменения внутренней энергии является работа . Так при трении двух тел происходит повышение их температуры, т.е. возрастает их внутренняя энергия. Например, при обработке металлов – сверлении, обточке, фрезеровании.

При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Процесс передачи энергии от одного тела к другому, имеющему более низкую температуру, называется теплопередача.

Таким образом, в природе существует два процесса, при которых меняется внутренняя энергия тела:

а) превращение механической энергии во внутреннюю и наоборот; при этом совершается работа;

б) теплопередача; при этом работа не совершается.

Если смешать горячую и холодную воду, то на опыте можно убедиться, что количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой, равны между собой. Опыт показывает, что если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел. Таким образом, энергия переходит от одних тел к другим, но суммарная энергия всех тел остается неизменной. Это закон сохранения и превращения энергии .

Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом её значение сохраняется.

Пример, свинцовая пуля, летевшая с некоторой скоростью, ударяется о преграду и нагревается.

Или, льдинка, падая из снежной тучи, тает у земли.