Первый закон термодинамики
методическая разработка по физике (10 класс) по теме

Тип учебного занятия

Изучения нового материала и первичного закрепления по теме «Первый закон термодинамики»

 Дидактическая цель

Создать условия для осознания и осмысления первого закона термодинамики

Структура занятия

1. Организационный момент.
2. Целеполагание и мотивация.
3. Актуализация.
4. Первичное усвоение материала.
5. Осознание и осмысление учебной информации.
6. Первичное закрепление учебного материала.
7. Информация о домашнем задании.
8. Рефлексия (подведение итогов урока)

Личностные результаты

1. формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;
2. самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;
3. формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нем ответы на поставленные вопросы и излагать его;
4. формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию

Метапредметные результаты

1. овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний;
2. организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;
3. понимание различий между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами, овладение универсальными учебными действиями на примерах гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез, разработки теоретических моделей процессов или явлений
4. формирование убеждения в закономерной связи и познаваемости явлений природы, в объективности научного знания, в высокой ценности науки в развитии материальной и духовной культуры людей;
5. развитие теоретического мышления на основе формирования умений устанавливать факты, различать причины и следствия

Предметные результаты

Обучающиеся должны знать:

1. первый закон термодинамики ∆ U =  A + Q: изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое  обусловлено работой и теплопередачей.

Обучающиеся должны понимать:

2. работа и количество теплоты не содержаться в теле, а характеризуют процесс изменения его внутренней энергии;
3. невозможность создания вечного двигателя первого рода

Обучающиеся должны уметь:

1. Устанавливать связь между изменением внутренней энергии системы, работой и количеством теплоты, сообщенной системе
2. распознавать записи соответствующие понятию первый закон термодинамики
3. применять первый закон термодинамики для объяснения различий  с энергетической точки зрения между изопроцессами

Ключевые понятия темы

1. термодинамика
2. внутренняя энергия
3. связь внутренней энергии и температуры
4. способы изменения внутренней энергии
5. работа газа
6. количество теплоты

Ресурсы:

-основные

-дополнительные

1. Физика 10 класс» учебник для общеобразовательных учреждений. Г.А. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Москва «Просвещение» 2010; ПК;  презентация учителя;

мультимедийная установка: компьютер, проектор, презентация к уроку, (Сопровождение -  презентация к уроку) Программное обеспечение : пакет Microsoft Office-2003, операционная система Windows-95/98/2000/XP

2. ОМС федерального центра информационно-образовательных ресурсов

В практический модуль включены 9 интерактивных заданий различных типов с возможностью автоматизированной проверки для закрепления знаний по теме "Первый закон термодинамики" для старшей школы.

3. Рабочая карта ученика

Организация пространства

Фронтальная работа, групповая работа, индивидуальная работа.

Уровень учебной цели

Планируемые результаты обучения

(знания, которые должны быть усвоены обучающимися)

Виды деятельности, адекватные знанию

Задания для учащихся, выполнение которых приведет к достижению запланированных результатов

Знание

•  первый закон термодинамики ∆ U =  A + Q: изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое  обусловлено работой и теплопередачей.

•              Q = ∆U + А '

Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии и на совершение работы над внешними силами.

Эвристическая беседа

Самостоятельная работа

 Проблемная ситуация: Чем с энергетической точки зрения отличаются друг от друга изотермическое и изобарное расширения?

Учебная задача 1: Установить связь между внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты.

Понимание

•∆U = U2 – U1 =  ± А  ± Q

Здесь знаки  «+» относятся к случаям, когда газ приобретает энергию (по соответствующему «каналу» энергия поступает от окружающих тел к газу); знаки «-» относятся к случаям, когда энергия поступает от газа к окружающим телам.

Групповая работа

Рассмотреть ключевые понятия и установить связь между ними. 

Работа в  группах.  Время работы – 3 минут. По необходимости работайте с учебником §75, 76 и с раздаточным материалом.

1 группа: 1) Термодинамика; 2) Внутренняя энергия. 

 2 группа: 3) Связь внутренней энергии и температуры; 4) Способы изменения внутренней энергии.3 группа: 5) работа газа; 6) Количество теплоты.

Применение

• применять первый закон термодинамики для объяснения различий  с энергетической точки зрения между изопроцессами;

Невозможность создания вечного двигателя первого рода

Индивидуальная работа на ПК

1.  Объяснить различия  с энергетической точки зрения между изопроцессами.

В практический модуль включены 9 интерактивных заданий различных типов с возможностью автоматизированной проверки для закрепления знаний по теме "Первый закон термодинамики" для старшей школы.

Анализ

• работа и количество теплоты не содержаться в теле, а характеризуют процесс изменения его внутренней энергии; Невозможность создания вечного двигателя первого рода

Групповая работа

1. Раскройте особенности зависимостей между величинами, входящими в первый закон термодинамики

Синтез

• обоснование важности понимания первого начала термодинамики для описания физических процессов

Невозможность создания вечного двигателя первого рода

Групповая работа

Обоснуйте важность понимания первого закона термодинамики.

Оценка

•организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий

Индивидуальная работа

 Попробуйте оценить свою работу на уроке по 10-бальной шкале.
1.Как я усвоил материал?
- Получил прочные знания, усвоил весь материал - 9 - 10 баллов.
- Усвоил новый материал частично - 7 - 8 баллов.
- Мало, что понял, необходимо еще поработать - 4 – 5 баллов.
2.Как я работал? Где допустил ошибки? Удовлетворен ли своей работой?
- Со всеми заданиями справился сам, удовлетворен своей работой – 9 – 10 баллов.
- Допустил ошибки – 7 – 8 баллов.
- Не справился 4 – 6 баллов.
3.Как работала группа?
- Дружно, совместно разбирали задания – 9 – 10 баллов.
- Работа была вялая, неинтересная, много ошибок – 4 – 5 баллов.
5.Сформулируйте ваше мнение об уроке, ваши пожелания.

№

Этапы урока и их содержание

Цели этапа

Деятельность

учителя

обучающихся

I

Организационный этап.

1. Приветствие обучающихся.
2. Учитель: Знакомы ли вам устройства, представленные на слайде. Совершенно верно, это вечные двигатели - воображаемое устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Нам с раннего детства известно, что это невозможно. А почему? Можете ли вы аргументировано объяснить? Не хватает знаний, познания.

А сколько путей, по-вашему, ведут к знанию? Древний мыслитель и философ Китая  Конфуций утверждал, что три.

3. Три пути ведут к познанию:
4. Путь размышления – это путь самый благородный,
5. Путь подражания – это путь самый легкий,
6. И путь опыта – это путь самый горький.
7.                                                    Конфуций

                            (древний мыслитель и философ Китая)  (слайд 2)

Сегодня на уроке нам предстоит пройти все эти  пути и согласится, а может быть засомневаться в истинности этого утверждения.

У каждого из Вас на столе есть рабочая карта. Прошу Вас познакомиться с рабочей картой и заполнять его по мере продвижения по этапам.

Предлагаю  Вас оценить Ваше настроение в начале пути, отметив смайлик, близкий Вашему состоянию.

        Итак, в добрый путь.

Цели:

-создание позитивного эмоционального  настроя учеников  на урок;

Погружение в метатему

Организационная

Знакомятся с рабочими листами;

Оценивают настроение в начале урока

II

Целеполагание и мотивация.  

Проблемная ситуация. 

Учитель: Знакомы ли вы с термином «изопроцессы»?

Ученик: Изопроцессы – это процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, характеризующих состояние газа.

Учитель: С какими  изопроцессами вы знакомы?

Ученик: Изобарный, изотермический, изохорный.

Учитель:  Какие изопроцессы  представлены на слайдах? Что вы можете о них рассказать?            (слайд 3)                                           P            

    Р

    0                             V                                  0                                     V

                      Рис.1                                                                  рис.1

Ученики называют процессы, анализируют изменение физических величин.

1. объем увеличивается при постоянном давлении, значит, это изобарное расширение.
2. Объем увеличивается при уменьшении давления, значит, это изотермическое расширение.

Учитель: значит, можно предположить, что в обоих случаях, газ при расширении может совершить работу, например, поднять поршень, если этот газ находиться в цилиндре. За счет чего совершается эта работа газа? А как при этом изменяется внутренняя энергия газа? И  чем с энергетической точки зрения отличаются друг от друга изотермическое и изобарное расширения?

Возникают затруднения.

Чтобы найти выход из сложившейся проблемной ситуации  необходимо размышлять.

Итак, РАЗМЫШЛЯЕМ!

Каков  план действий?

Необходимо из многообразия физических понятий выбрать ключевые для разрешения данной проблемы, те  ключевыми понятиями, которые характеризуют энергетическое состояния газа  и установить связь между ними.

Предлагаю вам поразмышлять,  обсудить в группах  в течении 2-3 мин какие ключевые понятия нам необходимы для разрешения данной проблемы?  

Аши предложения запишите в рабочих картах.

(После обсуждения заслушать предложения. Выделить из предложенных ключевые понятия темы

 Проблемная ситуация: Чем с энергетической точки зрения отличаются друг от друга изотермическое и изобарное расширения?

Ключевые понятия:

1. Термодинамика
2. Внутренняя энергия
3. Связь между внутренней энергией и температурой
4. Способы изменения внутренней энергии
5. Работа газа
6. Количество теплоты

Учебная задача: установить связь между внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты – первый закон термодинамики

Разрешение проблемы:

Данная зависимость носит название первый закон термодинамики.

Сформулируйте тему урока. Заполните рабочие карты

Цели:

-создание условий через проблемную ситуацию для возникновения у учеников внутренней потребности включения в учебную деятельность;

-наметить шаги учебной деятельности.

Эвристическая беседа с учениками.

Совместный с учениками анализ предложений учеников, подвести учеников к необходимости установить зависимость между внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты.

Подводит школьников к формулировке учебной задачи урока, темы урока

Обсуждение  в малых группах.

Анализируют графики состояний идеального газа

Высказывание  предложений

по определению ключевых понятий.

В ходе беседы высказывают необходимость установить зависимость между внутренней энергией, работой газа и количеством теплоты

Заполнение рабочих листов

Формулируют тему урока,

основную  задачу урока.

Записывают в рабочие тетради.

III

Следующий путь - путь подражания – это путь самый легкий.

Актуализация. Предлагаю вам  рассмотреть ключевые понятия и установить связь между ними. 

Прошу  вас разделиться на 3 группы.  Время работы – 3 минут. По необходимости работайте с учебником §75, 76 и с раздаточным материалом.

1 группа: 1) Термодинамика; 2) Внутренняя энергия.

2 группа: 3) Связь внутренней энергии и температуры; 4) Способы изменения внутренней энергии.

3 группа: 5) работа газа; 6) Количество теплоты.

Цели:

-организовать актуализацию знаний учеников для вывода первого закона термодинамики

- уточнить следующий шаг учебной деятельности.

Организовать групповую работу Учитель консультирует, помогает, тем, кто испытывает затруднения

Групповая работа :

1) повторяют самостоятельно пройденный  материал.

2) Заполнение рабочих листов

IV

Отчеты групп.

1 группа.

1) Термодинамика – раздел физики, в котором с наиболее общих позиций (без обращения к молекулярным представлениям) рассматриваются процессы обмена энергией между изучаемым объектом и окружающей его средой.

Изучаемый объект – идеальный газ.

2) Внутренняя энергия  макроскопического тела равна сумма кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул (атомов) тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел).

2 группа.

4)  , где U – внутренняя энергия,

                                         m – масса газа,

                                         М – молярная масса,

                                    R = 8,31 Дж/(моль · К) – универсальная газовая постоянная

                                         Т – абсолютная температура

Анализ: U ~ T,  U ~ m; ∆U ~ ∆T

5) При m = const   два способа энергообмена (два канала) системы с окружающей средой:

а) вследствие совершения работы А.

В этом случае объем газа должен изменяться (при расширении газ совершает работу над окружающими телами, например,  отодвигая поршень; при сжатии окружающие тела совершают работу над газом);

б) вследствие передачи теплоты Q (от газа к окружающим телам  или, наоборот, от окружающих тел к газу).

Учитель:  Чем же обусловлено изменение внутренней  энергии газа?

Ученики: изменение внутренней энергии газа обусловлено совршением работы и теплопередачей.

Учитель: Таким образом, изменение  (приращение) ∆U внутренней энергии газа можно представить в виде

∆U = U2 – U1 =  ± А  ± Q

Здесь знаки  «+» относятся к случаям, когда газ приобретает энергию (по соответствующему «каналу» энергия поступает от окружающих тел к газу); знаки «-» относятся к случаям, когда энергия поступает от газа к окружающим телам.

∆U = U2 – U1 =  ± А  ± Q

Изменение  внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое обусловлено работой и теплопередачей.

Данное утверждение носит название первый закон термодинамики.

Часто вместо работы А внешних тел рассматривают А ' работу системы над внешними телами. Учитывая, что   А ' = - А, первый закон термодинамики можно записать так:  ∆U =  А  + Q →  Q = ∆U - А

              Q = ∆U + А '

Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии и на совершение работы над внешними силами.

Это фактически закон сохранения энергии для тепловых процессов. Этот закон был открыт  в середине XIX века немецким ученым, врачом по образованию Маейром, английским ученым Дж. Джоулем и получил наиболее точную формулировку в трудах немецкого ученого Гельмгольца.

Отчет 3 группы:

5)  Работа газа А = p(V2 – V1) = p∆V, если газ сжимаю, то А<0,

если газ расширяется, то А>0.

6) При нагревании Q = mc(t2 – t1)

При парообразовании  (конденсации) Q = ± rm

При плавлении (отвердевании) Q = ± љm.

Цели:

-организовать отчеты групп.

В ходе обсуждения учитель подводит учеников к формулировке  первого закона термодинамики. Обратить особое внимание на знаки при изменении состояния газа

Ученики актуализируют знания по теме, совершают мыслительную деятельность при разборе ключевых понятий и связи между ними при проверке ответов по слайдам

Фиксируют главные моменты в рабочих  картах

Осознание и осмысление учебной информации.

Вернемся к нашей проблеме.

При изобарном процессе газ получает теплоту. Часть теплоты идет на совершение  газом работы (объем газа увеличивается), часть – на приращение внутренней энергии газа.

При изотермическом расширении ∆U = 0, т.к. Т = const, поэтому работу газ совершает за счет теплопередачи, при чем Q = А '

Газ получает извне теплоту, такое же количество энергии в виде работы он возвращает в окружающую среду. 

Физминутка. Думающий колпак
       Это упражнение помогает учащимся сосредоточить внимание на собственном слухе и процессе слушания, а также способствует развитию памяти. Оно также снимает напряжение в мышцах головы. В этом упражнении большим и указательным пальцами мягко оттягивают назад и прижимают, массируя, раковины ушей. Массаж начинают сверху и идут вниз вдоль «свернутых» частей ушной раковины вплоть до мочек ушей.
Учебные инструкции:
• Держите голову прямо, чтобы подбородку было удобно.
• Упражнение повторяют трижды или более раз.

Цели:

-создать условия для осознания и осмысления учебной информации:

1)разрешение проблемной ситуации

По выполнению заданий можно судить о степени понимания и сознания

Цель:  снять напряжение в мышцах головы; подготовить детей к первичному закреплению

учебной информации

Учитель консультирует, помогает, тем, кто испытывает затруднения

Восстанавливают цепочку рассуждение в рабочих картах

И путь опыта – это путь самый горький.

Первичное закрепление учебного материала.

1. (ЕГЭ 2001 г.) А9. Газ в сосуде сжали, совершив работу  25 Дж.  Внутренняя энергия газа при этом увеличилась на  30 Дж. Следовательно

1. газ получил извне количество теплоты, равное  5 Дж
2. газ получил извне количество теплоты, равное  55 Дж
3. газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное  5 Дж
4. газ отдал окружающей среде количество теплоты, равное  55 Дж

2. (ЕГЭ 2001 г.) А11. В тепловом двигателе газ получил 300 Дж тепла и совершил работу 36 Дж. Как изменилась внутренняя энергия газа?

1. уменьшилась на 264 Дж
2. уменьшилась на 336 Дж
3. увеличилась на 264 Дж
4. увеличилась на 336 Дж

3.(ЕГЭ 2001 г.) А11. Чему равно изменение внутренней энергии газа, если ему передано количество теплоты 300 Дж и внешние силы совершили работу 500 Дж?

1. -200Дж
2. 00 Дж
3.  800Дж
4.  -800Дж

4.(ЕГЭ 2002 г., Демо) А10. Внутренняя энергия гири увеличивается, если

1. гирю поднять на 2 м
2. гирю нагреть на 2о С
3. увеличить скорость гири на 2 м/с
4. подвесить гирю на пружине, которая растянется на 2 см

2. Работа с  ЭОР.

В практический модуль включены 9 интерактивных заданий различных типов с возможностью автоматизированной проверки для закрепления знаний по теме "Первый закон термодинамики" для старшей школы.

Оценку по пятибалльной системе можно выставить по  следующему  принципу:

«5» ставится, если          8-9 баллов

«4» ставится, если          6 – 7 баллов

«3» ставится, если         4  - 5 баллов

«2» ставится, если < 4 баллов

Самооценка по журналу успеваемости ОМС

Цель: первичное закрепление учебного материала по теме урока

Организовывает обсуждение

Учитель организует самостоятельную работу, оказывают необходимую помощь

Учащиеся обсуждают данную работу в парах и аргументируют свой ответ

Выполняют тестовые задания на ПК. Форма работы – индивидуальная.

V

Информация о домашнем задании.

§ 78  Стр.189 Пример  2 решения задач (конспект) с 236, Упр. 15 (2, 5)

Учитель комментирует домашнее задание, отвечает на вопросы

Записывают домашнее задание в дневник, задают вопросы

VI

Анализ деятельности 

2. Раскройте особенности зависимостей между величинами, входящими в первый закон термодинамики

Оценка деятельности

      3.Обоснуйте важность понимания первого закона термодинамики.

В природе непрерывно и многообразно совершается обмен энергией между отдельными телами и их система. Общие законы этого обмена определяют законы термодинамики. Сегодня вы познакомились с первым законом, пройдя определенный пути познания.

Вернемся к высказыванию Конфуция. Согласны ли вы с древним философом. Если – да, то отметьте эти пути в рабочем листе.

Какой путь для Вас был самым легким, самым трудным?

Есть ли другие мнения, реплики, мысли…

Попробуйте оценить свою работу на уроке по 10-бальной шкале.
1.Как я усвоил материал?
- Получил прочные знания, усвоил весь материал - 9 - 10 баллов.
- Усвоил новый материал частично - 7 - 8 баллов.
- Мало, что понял, необходимо еще поработать - 4 – 5 баллов.
2.Как я работал? Где допустил ошибки? Удовлетворен ли своей работой?
- Со всеми заданиями справился сам, удовлетворен своей работой – 9 – 10 баллов.
- Допустил ошибки – 7 – 8 баллов.
- Не справился 4 – 6 баллов.
3.Как работала группа?
- Дружно, совместно разбирали задания – 9 – 10 баллов.
- Работа была вялая, неинтересная, много ошибок – 4 – 5 баллов.
5.Сформулируйте ваше мнение об уроке, ваши пожелания.

Контролирует грамотность рассуждений

Работа в малых группах, представление результатов обсуждения, записывают ключевые моменты в тетрадь

Заполнение листов самоконтроля.

VII

Рефлексия (подведение итогов урока)

3. Какие понятия  вы сегодня повторили?
4. С какими новыми понятиями вы познакомились?

Оцените Ваше настроение  в конце урока с помощью смайликов.

Заполнение листов самоконтроля