Адиабатный процесс уравнение пуассона 10 класс

Урок в 10 классе на тему: «Адиабатный процесс»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обеспечить в ходе урока освоение и закрепление теоретических данных;

Формировать навыки коллективной работы в сочетании с самостоятельностью учащихся; развивать коммуникативные способности;

Закрепить у учащихся навыки решения задач;

Расширить кругозор учащихся в области истории физики и жизни ее творцов.

Выявление уровня усвоения данного материала;

Формирование познавательных умений через решение различных ситуаций;

Формирование умения группировать материал по указанным признаком.

Подчеркнуть ограниченность применения знаний на эмпирическом уровне обобщения;

Способствовать воспитанию трудовых навыков, физической сноровки;

Продолжить воспитание личностных качеств: взаимопомощь, чувство коллективизма, ответственность, организованность.

2.Проверка и повторение пройденного материала;

3.Знакомство с новой темой;

В ходе изучения темы «Основы молекулярно-кинетической теории» нами были рассмотрены так называемые изопроцессы, то есть процессы, протекающие при неизменном одном из макроскопических параметров(давлении, объёме или температуре). При подстановке этих данных в уравнение Клапейрона эти условия несколько видоизменяли его. Теперь же мы проделаем схожий анализ, но уже с первым законом термодинамики:

Рассмотрим случай протекания процесса при неизменной температуре:

А, значит, первый закон термодинамики приобретает вид:

Рассмотрев случай для выполнения над газом внешними силами положительной работы:

То есть, при изотермическом сжатии или расширении газ выделяет теплоту в окружающую среду.

Рассмотрим случай, когда процесс протекает при постоянном давлении:

Так как ни в одну термодинамическую величину не входит множитель , то никакое слагаемое первого закона термодинамики не обнуляется, и он сохраняет свой прежний вид:

Теперь рассмотрим, какие изменения произойдут в записи первого закона термодинамики, если процесс происходит в фиксированном объёме.

А значит, первый закон термодинамики приобретает вид:

То есть теряется смысл использования изохорных процессов в тепловых двигателях, ведь вся энергия сгораемого топлива пойдёт на изменение внутренней энергии, и газ не будет совершать полезной работы.

Существует также ещё один очень важный процесс – адиабатный.

Определение. Адиабатный процесс – процесс, протекающий в теплоизолированной системе. То есть без подвода газу или выделения газом теплоты.

Первый закон термодинамики приобретает вид:

То есть в результате выполнения над газом работы внешними силами его внутренняя энергия, а следовательно, и температура увеличивается, а при выполнении работы газом – уменьшается.

Наглядными примерами последних двух утверждений являются следующие опыты.

1. В закрытом подвижным поршнем цилиндре находится небольшое количество топлива. После быстрого нажатия на поршень топливо воспламеняется.

2. В закрытом пробкой с продетым шлангом насоса сосуде находится небольшое количество воды. После нагнетания в сосуд определенно количества воздуха, пробка быстро вылетает и в сосуде наблюдается туман (рис. 1).

Рис. 1. Наглядные примеры адиабатных процессов

В двух случаях газ выполняет разные по знаку работы, и, следовательно, изменение внутренней энергии и температуры имеет разные знаки. В обоих случаях делается акцент на быстром изменении объёма потому, что невозможно создать идеально изолированную систему, но если рассматривать очень скоротечный процесс, то тепло не успеет передаться, и процесс можно считать адиабатным.

График адиабатных процессов в координатах P-V выглядит следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. График адиабатного процесса

4.Закрепление новой темы: устный опрос.

Адиабатный процесс это?

Назовите условия протекания адиабатного процесса?

График адиабатного процесса?

Пример адиабатного процесса в природе?

Что такое сухой лед?

Уравнение Пуассона описывающий адиабатный прцесс?

5. Подведение итогов: выставление оценок с комментариями

6. Домашнее задание: §5.8 стр 174-176, вопросы устно.

Адиабатный процесс. Уравнение Пуассона

Раздел долгосрочного плана:

Раздел Основы термодинамики

Количество присутствующих: ______

Адиабатный процесс . Уравнение Пуассона.

Цели обучения, которые достигаются на данном уроке (ссылка на учебную программу)

10.3.3.2 – применять первый закон термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу

— применять первый закон термодинамики к адиабатному процессу ;

— применять первый закон термодинамики при решении задач

— дать определение адиабатного процесса ;

— применить первый закон термодинамики к анализу адиабатного процесса;

— применить первый закон термодинамики при решении задач .

Лексика и терминология, специфичная для предмета:

Предметная лексика и терминология:

The amount of heat

Тепло переданное системе

Жүйеге берілген жылу

Heat added to the system

Работа выполненная системой

Жүйемен жасалған жұмыс

Work done on the system

Серия полезных фраз для диалога/письма:

Теплоизолированная система – это система ….…….

Из определения адиабатного процесса можно сделать вывод, что количество теплоты получаемое или отдаваемое системой равно ………. при этом работа газа …… и его изменение внутренней энергии ….…..

Работа равна… так как …..

В течение всего урока прививать открытость, сотрудничество, уважение, толерантность в отношениях с одноклассниками через работу в парах

Привитие ценностей осуществляется посредством/через обсуждение ключевых моментов темы в группах.

Связь с математикой: работа с формулами, с графиками , физические величины и их единицы измерения.

Работа газа, изменение внутренней энергии, количество теплоты, первый закон термодинамики, графики и законы изопроцессов (предыдущие темы данного раздела).

Запланированные этапы урока

Запланированная деятельность на уроке

Учитель приветствует учащихся и предлагает поиграть.

Собрать правильно как можно быстрее обобщающую таблицу по изопроцессам.

Для учителя! Необходимо оставить целой строкой заголовки столбцов. Обобщающую таблицу с предыдущего урока разрезать на отдельные пазлы. Строки для адиабатного процесса, нужно убрать, так как эта тема ещё не изучена.

Учащиеся в парах собирают таблицу, учитель проверяет учащихся на правильность выполнения.

Учащиеся первыми справившиеся правильно с заданием, помогают учителю проверить правильность выполнения задания другими учащимися.

После игры, учитель обсуждает с ними, что в таблице были строки, относящиеся к другому процессу. Он спрашивает учащихся, помнят ли они название этого процесса. Является ли этот процесс изопроцессом?

Учитель совместно с учащимися формулирует тему урока и обсуждает цель обучения, цели урока и совместно они составляют критерии оценивания.

Далее они совместно составляют план работы.

1. Ответит на проблемный вопрос !Является ли адиабатный процесс изопроцессом?», проанализировав последние две строки обобщающей таблицы.
2. Сформулировать определение адиабатного процесса.
3. Проверить правильность определения работая с текстом и составить опорный конспект для адиабатного процесса.
4. Решить задачи с количественными и графическими данными.

Карточки на начало урока. docx

Для учителя! Чтобы не работать с большой таблицей. Ниже сделана таблица только для адиабатного процесса.

В таблице ниже описаны два типа адиабатного процесса.

Изменение внутренне энергии

Работа совершаемая системой

Система совершает механическую работу только за счет уменьшения своей внутренней энергии.

Внутренняя энергия системы увеличивается за счет работы внешних сил

(а)Определите изменяются или остаются постоянными

( i ) давление ___________________________

( ii ) объем _____________________________

( iii ) температура _______________________

( b ) Сделайте вывод, является ли адиабатный процесс изопроцессом. Поясните свой ответ

(с) ниже в строке записаны величины, входящие в первый закон термоджинамики. Подчеркните, какая из них всегда равна нулю.

Изменение внутренней энергии

Работа газа/над газом

( d ) Выделите в таблице математическую запись первого закона термодинамики для адиабатного процесса.

(е) Попробуйте сформулировать определение адиабатного процесса.

Общеклассное обсуждение задания.

Для учителя! Важно во время обсуждения обращать внимание, на основе каких ключевых фрагментов таблицы они сделали данное умозаключение.

Учитель просит оценить учащихся уровень выполнения задания. Спросив нескольких учащихся. Что у них получилось, и где они допустили ошибки.

Учитель сообщает учащимся, что важно проверить насколько правильно они дали определение адиабатного процесса, что за математическое уравнение записано втретьей строке и как адиабату отличить от изотермы.

Работа с источником

Задание. Прочитать текст.

Записать в тетрадь:

1) Определение адиабатного процесса

2) У равнение Пуассона

3) Нарисовать график адиабаты в сравнении с изотермой.

4) Записать условия, при которых реальные процессы, можно считать адиабатными.

Учащиеся индивидуально работают с текстом.

Для учителя! Информация с сайта представлена ниже, адаптирована под обозначения, используемые в школе и может быть распечатана для работы с указанием источника.

Информация с сайта:

Уравнение Пуассона описывает адиабатный процесс, протекающий в идеальном газе . Адиабатным называют такой процесс, при котором отсутствует теплообмен между рассматриваемой системой и окружающей средой Q =0

Уравнение Пуассона имеет вид:

Здесь V – объем, занимаемый газом, p – его давление , а k (γ) –величина, которая называется показателем адиабаты.

График адиабатного процесса:

Показатель адиабаты в уравнении Пуассона

Показатель адиабаты можно рассчитать, как отношение изобарной теплоемкости газа к его изохорной теплоемкости:

В практических расчётах удобно помнить, что для идеального газа показатель адиабаты равен , для двухатомного – , а для трёхатомного – .

Как же быть с реальными газами, когда важную роль начинают играть силы взаимодействия между молекулами? В этом случае показатель адиабаты для каждого исследуемого газа можно получить экспериментально. Один из таких методов был предложен в 1819 году Клеманом и Дезормом. Мы наполняем баллон холодным газом, пока давление в нём не достигнет . Затем открываем кран, газ начинает адиабатически расширяться, а давление в баллоне падает до атмосферного . После того, как газ изохорно прогреется до температуры окружающей среды, давление в баллоне повысится до . Тогда показатель адиабаты можно рассчитать за формулой:

Показатель адиабаты всегда больше 1, поэтому при адиабатическом сжатии газа – как идеального, так и реального – до меньшего объема температура газа всегда возрастает, а при расширении газ охлаждается. Это свойство адиабатического процесса, называемое пневматическим огнивом, применяется в дизельных двигателях, где горючая смесь сжимается в цилиндре и воспламеняется от высокой температуры. Вспомним первый закон термодинамики: Q =Δ U + A , где Δ U — внутренняя энергия системы , а А – выполняемая над ней работа. Поскольку Q =0, то работа, осуществляемая газом, идёт только на изменение его внутренней энергии – а значит, температуры. Из уравнения Пуассона можно получить формулу для расчёта работы газа в адиабатном процессе:

Здесь n – количество газа в молях, R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура газа.

Уравнение Пуассона для адиабатического процесса применяется не только при расчётах двигателей внутреннего сгорания, но и в проектировании холодильных машин.

Стоит помнить, что уравнение Пуассона точно описывает только равновесный адиабатный процесс, состоящий из непрерывно сменяющих друг друга состояний равновесия. Если же мы в реальности откроем кран в баллоне, чтобы газ адиабатически расширился, возникнет нестационарный переходной процесс с завихрениями газа, которые затухнут из-за макроскопического трения.

Реальный процесс можно считать адиабатный, если он протекает очень быстро и не успевает осуществиться теплообмен с окружающей средой.

Обсуждение работы с текстом.

Учитель делает необходимые уточнения в зависимости от уровня понимания темы учащимися.

1.На рисунке ниже, показаны графики двух процессов адиабатного и изотермического. Подпишите на рисунке название каждого процесса.

2. При адиабатическом сжатии газа была совершена работа 200Дж. Как и насколько изменилась при этом внутренняя энергия газа?

Объяснение: согласно первому закону термодинамики работа ,совершенная над газом равна изменению внутренней энергии, следовательно внутренняя энергия увеличится на 200Дж.

Ответ: увеличится на 200 Дж

3. В процессе адиабатического расширения газ совершил работу равную 3·10 3 Дж. Чему равно изменение внутренней энергии газа?

Объяснение: согласно первому закону термодинамики газ совершает работу за счет внутренней энергии, тогда внутренняя энергия уменьшится на 3·10 3 Дж.

Ответ: уменьшится на 3·10 3 Дж

1. Одноатомный идеальный газ, взятый в количестве двух молей, расширился без теплообмена с окружающей средой. Температура газа в ходе расширения уменьшилась на 10 о С. Определить работу, совершённую газом. (249Дж)

Поскольку известно, что газ одноатомный, количество вещества и изменение внутренней энергии можно рассчитать по формуле

Поскольку работа совершается за счет изменения внутренней энергии то она равна 249 Дж.

5. Одноатомный идеальный газ адиабатически сжали так, что его объем увеличился в 2 раза. Как изменится давление газа?

Представим состояние газа в начале и конце адиабатного процесса через уравнение Пуассона:

Учтем изменение объема

Выразим отношение давлений

6. 100 молей двухатомного идеального газа адиабатически сжали при температуре 300 К. При этом давление газа увеличилось в 3 раза. Какую работу совершили внешние силы над газом?

Определим, как изменится объем газа при адиабатном сжатии, из уравнения Пуассона

, следовательно, объем газа уменьшился в 2,19 раза.

Конспект урока по физике в 10 классе «Адиабатный процесс»
план-конспект урока по физике (10 класс) по теме

Урок по теме «Адиабатный процесс» является уроком изучения нового материала. Для активизации познавательной деятельности обучающихся используется технология проблемного обучения. Проблемная ситуация создаётся на основе демонстрационного эксперимента. Приводится опорный конспект, задания для закрепления изученного и для контроля знаний.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное

учреждение «Гимназия №20»

Конспект урока по физике

10 класс технический профиль

г. Донской, 2008 год

Конспект урока по физике на тему: “Адиабатный процесс”.

10 класс технический профиль.

Дидактические — создать условия для усвоения нового учебного материала, используя проблемное обучение.

Познавательные – знать понятия «адиабатный процесс», «график адиабаты», закономерности адиабатного процесса, уметь применять первый закон термодинамики к адиабатному процессу, активизация учебно-познавательной деятельности учащихся.

Развивающие – продолжить работу по овладению методами научного познания, развивать интеллектуальные умения учащихся (наблюдать, сравнивать, анализировать, применять знания, делать выводы).

Воспитательные – продолжить формирование научного мировоззрения,

интереса к физике.

Тип урока – урок изучения нового материала.

Главная методическая идея – построение урока на деятельностной основе.

Оборудование: воздушный насос или насос Комовского, сосуд, закрытый пробкой с трубкой, рисованный плакат с изображением процесса образования облаков, воздушное огниво.

Cтруктурный план урока с комментариями.

Приветствие, пояснения учителя по предстоящей работе, о назначении тестов, лежащих на столах учащихся.

1. Подготовка к усвоению нового материала.

2.1. Беседа с учащимися:

Перед изучением нового явления предлагаю вспомнить, что такое туман и при каких условиях он образуется. Перед тем как дать ответ проведем небольшой эксперимент. Возьмите лежащее на вашем столе зеркало и легко подышите на него. Что вы наблюдаете? Как вы теперь ответите на ранее поставленные вопросы?

В ходе ответов учащихся, сопоставления точек зрения выясняется, что туман-совокупность мельчайших капель воды взвешенных в воздухе; образуется при охлаждении водяного пара, которое происходит при его соприкосновении с холодной поверхностью.

2.1. Демонстрационный эксперимент: двое подготовленных учащихся проводят демонстрацию адиабатного расширения газа (при накачивании воздуха, пробка из сосуда вылетает и в сосуде образуется туман).

2.2. Выдвижение гипотез: учитель формулирует ряд вопросов.

Какие явления вы наблюдаете? В чем состоят результаты опыта? Как вы можете объяснить эти результаты? Предложите свои гипотезы для их объяснения.

Проблемная ситуация возникает в связи с тем, что в данном опыте туман возникает по непонятным причинам. Учащиеся знают, что туман образуется в результате охлаждении водяного пара при его соприкосновении с холодной поверхностью. Однако в данном опыте нет этого более холодного тела.

2.3.Формулировка темы урока.

В силу недостаточных знаний учащимся не удается на хорошем качественном уровне объяснить результаты опыта. C помощью учителя учащиеся формулируют проблему урока и записывают в тетрадях тему урока, отодвигая решение проблемы на время выполнения разминки.

2.4. Разминка: проходит в режиме ответов учащихся по цепочке, в случае затруднения отвечающего вопрос переходит к следующему ученику.

Вопросы и задания разминки.

№1. Запишите формулу 1-го закона термодинамики: р

а) через работу внешних сил; б) через работу газа. 1 2

№2. Cформулируйте 1-ый закон термодинамики:

а) через работу внешних сил; б) через работу газа.

№3. Назовите процесс и обоснуйте свой выбор 4 3

а) изотермического сжатия;

б) изобарного расширения;

в) изохорного охлаждения; Рис.2. V

г) изотермического расширения; p 8 5

д) изохорного нагревания;

е) изобарного сжатия.

№4. Сравните работы по модулю:

а) А12 и А34; б) А9-10 и А11-12.

№5. В каких процессах уменьшается внутренняя 6

энергия и почему? 7

№6. Назовите, из каких процессов состоит v

циклический процесс (см. рис.4 и 5).

Рис.3 V Рис.4 v Рис.5 T

1. Изучение нового материала.

3.1. Работа над формулировкой понятия “ адиабатный процесс “.

3.2. Условия протекания адиабатного процесса.

1. Решение проблемы (объяснение явления) на основе активной деятельности учащихся и метода эвристической беседы.

По мере решения на доске и в тетрадях учащихся возникает опорный конспект урока.

ОК Адиабатный процесс

-термодинамический процесс, происходящий в теплоизолированной системе

Условия: теплоизоляция, быстрота.

Адиабатное расширение Адиабатное сжатие

Газ охлаждается. Газ нагревается.

Обобщение: при сжатии Т увеличивается

при расширении Т уменьшается

В ходе решения проблемной ситуации учащимся были предложены задания:

№1. Исходя из условия Q=0 выполните вывод 1-го закона термодинамики для адиабатного процесса, используя работу газа в законе.

№2. Применяя полученную закономерность, установить, как изменяется в данном процессе Т и U воздуха в сосуде (при адиабатном расширении).

№3. Используя аналогичный прием, предскажите, как будет изменяться U и Т в процессе адиабатного сжатия.

№4. Выполнив обобщение, сравните зависимость давления газа от объема в изотермическом процессе и адиабатном процессе. В случае затруднения изучить стр. 275 рис.206 “ Изменение температуры газа при адиабатном процессе”.

1. Применение адиабатного процесса в технике и природе.

Cледуют сообщения учащихся по двум темам:

а) применение адиабатного процесса в ДВС (двигателях внутреннего сгорания).

б) адиабатный процесс в атмосфере Земли.

1. Закрепление изученного материала.

Работа по вопросам: стр.276 №1-4.

№1. Какой процесс называется адиабатным? Сформулируйте первый закон термодинамики для адиабатного процесса.

№2.За счет какой энергии совершается работа при адиабатном расширении?

№3.Почему при адиабатном расширении температура газа падает, а при сжатии возрастает?

№4.При резком сжатии газа в цилиндре поршнем объем газа уменьшился в 2 раза. Почему давление газа при этом возросло более чем в 2 раза?

1. Оперативный контроль знаний.

5.1. Учащиеся отвечают на вопросы теста- 5 минут.

Ответы сдаются учителю на листках, оставляя себе дубликат ответа.

5.2. Самопроверка: ответы появляются на доске, ответы комментируются либо учениками, либо учителем.

а)$ 57, повторить вопросы 1-5 к $ 57.

б) решить № 1, 2 к $ 57.

в) подобрать примеры применения адиабатного процесса в технике и проявления его в природе.

Что нового вы узнали на сегодняшнем уроке? Чему вы научились?

Что бы вы хотели узнать еще по этой теме? Насколько успешной была ваша работа?

Учитель выставляет отметки учащимся, оценивая их работу.

Тест по теме: “Адиабатный процесс”.

№1. Какое условие из приведенных ниже выполняется при адиабатном расширении газа?

№2. Газ адиабатно сжимается. Как изменяются при этом температура Т и давление р?

1) Т и р увеличиваются. 4) Т и р уменьшаются.

1. Т увеличивается, р уменьшается. 5) Т не изменяется, р увеличивается.
2. Т уменьшается, р увеличивается. 6) Т не изменяется, р уменьшается.

№3. Часть графика, которая соответствует адиабатному процессу…

№4. Газ совершил одинаковую работу при адиабатном и изотермическом процессах. Его внутренняя энергия…

1) в обоих случаях не изменилась; 2) в обоих случаях уменьшилась;

3) при адиабатном не изменилась, при изотермическом уменьшилась;

4) при адиабатном уменьшилась, при изотермическом не изменилась.

№5. В результате адиабатного расширения объем газа увеличился в 2 раза. Как изменилось его давление?

1) увеличилось более чем в 2 раза 4) уменьшилось более чем в 2 раза

2) увеличилось в 2 раза 5) уменьшилось в 2 раза

3) увеличилось менее чем в 2 раза 6) уменьшилось менее чем в 2 раза

№1. Какое условие из приведенных ниже выполняется при адиабатном сжатии газа?

№2. Газ адиабатно расширятся. Как изменяются при этом температура Т и давление р?

1) Т и р увеличиваются. 4) Т и р уменьшаются.

1. Т увеличивается, р уменьшается. 5) Т не изменяется, р увеличивается.
2. Т уменьшается, р увеличивается. 6) Т не изменяется, р уменьшается.

№3. Часть графика, которая соответствует адиабатному процессу…

№4. В результате адиабатного процесса внутренняя энергия газа увеличилась. При этом газ…

1) совершил положительную работу; 2) совершил отрицательную работу;

3) работы не совершил;

4) совершил положительную работу, увеличив свой объем;

1. совершил отрицательную работу, уменьшив свой объем.

№5. В результате адиабатного сжатия объем газа уменьшился в 3 раза. Как изменилось его давление?

1) увеличилось более чем в 3 раза 4) уменьшилось более чем в 3 раза

2) увеличилось в 3 раза 5) уменьшилось в 3 раза

3) увеличилось менее чем в 3 раза 6) уменьшилось менее чем в 3 раза

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Конспект урока «Закрепление знаний по теме «Процессы жизнедеятельности растений»

Предлагается конспект урока «Закрепление знаний по теме «процессы жизнедеятельности растений». предлагаются различные варианты заданий.

Конспект урока по физике, 9 класс, УМК «Физика» Перышкин А.В., Гутник Е.М.

Урок составлен на основе информационно — коммуникационных технологий, позволяющих сформировать ИКТ — компетенции обучающихся при подготовке к ГИА.

Конспект урока по физике, 9 класс, УМК «Физика» Перышкин А.В., Гутник Е.М.

Урок составлен на основе информационно — коммуникационных технологий, позволяющих сформировать ИКТ — компетенции обучающихся при подготовке к ГИА.

Конспект урока по физике в 7 классе «Физика и техника»

Урок изучения знаний и способов деятельности.

Конспект урока по информатике «Моделирование биологических процессов с использованием электронных таблиц»

Разработка и исследование биологической модели «Биоритмы человека»;повторение и закрепление практических навыков работы в электронных таблицах.

План-конспект урока:»Выдающийся физик и организатор»(жизнь и деятельность И.В. Курчатова),Решение задач по теме«Радиоактивные превращения», 11 класс Физика

План-конспект урока»Выдающийся физик и организатор»(жизнь и деятельность И.В. Курчатова),Решение задач по теме«Радиоактивные превращения», 11 класс.

Конспект урока по физике в 7 классе по теме: «Посвящение в юные физики»

Конспект урока по физике в 7 классе по теме: «Посвящение в юные физики&quot.