Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Урок 1/43. 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 |
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.
При підвищенні температури швидкість руху молекул збільшується, при зниженні — зменшується. Отже, швидкість руху молекул залежить від температури тіла.
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 підлогу 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.
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,
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
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,
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,
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
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
1. У-2: § 34.
2. Сб-2:
рів1 — № 27.1, 27.2, 27.3.
рів2 — № 27.12, 27.13, 27.14.
рів3 — № 27.34, 27.35, 27.36, 27.37.