Методы решения задач повышенной сложности по молекулярной физике и термодинамике
презентация к уроку по физике (10 класс)

Слайд 1

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №37 имени Новикова Гаврила Гавриловича Молекулярная физика. Методы решения физических задач учитель физики Игнатьева Людмила Геннадьевна

Слайд 2

Методы решения задач по молекулярной физике и термодинамике

Слайд 3

1. Свинцовую дробь, нагретую до 100 (теплоемкость 130 Дж/(кг ) в количестве 1,3 кг смешивают с 50 г льда при 0 (удельная теплота плавления 330000 Дж/кг). Какова температура смеси в градусах Цельсия после установления теплового равновесия. Дано: m 1 = 1,3 кг, Т 1 = 373К, m 2 = 50 г, Т 2 = 273К λ = 330·10 3 Дж/кг, с 1 = 130 Дж/(кг , с 2 = 4200 Дж/(кг t c м = ? Решение: 1. Распознание явления, которому соответствует ситуация задачи . Макрообъект – свинцовая дробь и лед; Начальное состояние – до смешивания заданы массы и температуры тел; Конечное состояние – смесь в тепловом равновесии; Воздействие – теплообмен между льдом и дробью; Теплообмен в теплоизолированной системе (метод №5)

Слайд 4

2. Построение графической модели явления с учетом условий задачи. 3. Составление уравнений, описывающих модель. Составляем уравнение теплового баланса:

Слайд 5

Дано: m 1 = 1,3кг , Т 1 = 373К, m 2 = 0,05г , Т 2 = 273К λ = 330·10 3 Дж/кг, с 1 = 130 Дж/(кг , с 2 = 4200 Дж/(кг

Слайд 6

2. В вертикальном цилиндре находится газ под поршнем при температуре 400 К. Масса поршня 4 кг, его площадь 0,004 м 2 . Какой массы груз надо положить на поршень, чтобы он остался на месте при медленном нагревании газа на 100 К? Атмосферное давление 10 5 Па. Дано: M = 4 кг, S = 0,004 м 2 , T 1 = 400К, T = 100К, = 10 5 Па m = ? Решение : 1. Распознание явления, которому соответствует ситуация задачи. Макрообъект – Начальное состояние – Конечное состояние – Воздействие – Вывод:

Слайд 7

2. Построение графической модели явления с учетом условий задачи. 3. Составление уравнений, описывающих модель. - закон Шарля

Слайд 8

Дано: M = 4 кг, S = 0,004 м 2 , T 1 = 400К, T = 100К, = 10 5 Па

Слайд 9

1. Распознание явления, которому соответствует ситуация задачи . 2. Построение графической модели явления с учетом условий задачи. 1→2 изохорный 2→3 изобарный 3→4 изохорный 4→1 изобарный 1: p 0 ,V 0 ,T 1 2: 2 p 0 ,V 0 ,T 2 2: 2 p 0 ,V 0 ,T 2 3: 2 p 0 , 3 V 0 ,T 3 3: 2 p 0 , 3 V 0 ,T 3 4: p 0 , 3 V 0 ,T 4 4: p 0 , 3 V 0 ,T 4 1: p 0 ,V 0 ,T 1 T↑, => Δ U 1 >0 T↑, => Δ U 2 >0 T↓, => Δ U 3 <0 T↓, => Δ U 4 <0 V=const => A г1 =0 V ↑ => A г 2 >0 V=const => A г 3 =0 V↓ => A г 4 <0 Q 1 = Δ U 1 => Q 1 >0 Q 2 = Δ U 2 + A г 2 => Q 2 >0 Q 3 = Δ U 3 => Q 3 <0 Q 4 = Δ U 4 + A г 4 => Q 4 <0 Дано: p 0 , V 0 ɳ - ? Решение:

Слайд 10

А = (2 p 0 – p 0 )(3 V 0 – V 0 ) = 2 p 0 V 0 Q получ = Q 1 + Q 2 Дополнительные уравнения: Q = Δ U + A – первый закон термодинамики; Δ U = V R Δ T – формула для расчета внутренней энергии идеального одноатомного газа ; A = p V – формула для расчета работы газа; pV = V RT – уравнение состояния идеального газа. 3. Составление уравнений, описывающих модель.

Слайд 11

По первому закону термодинамики: Q 1 = Δ U 1 , Q 2 = Δ U 2 + 2 p 0 ·2 V 0 По формуле внутренней энергии идеального одноатомного газа: Δ U 1 = V R ( T 2 – T 1 ); Δ U 2 = V R ( T 3 – T 2 ); 1-2: p 0 V 0 = V RT 1 2 p 0 V 0 = V RT 2 p 0 V 0 = V R(T 2 – T 1 ) => Δ U 1 = p 0 V 0 => Q 1 = p 0 V 0 ; 2-3: 2p 0 V 0 = V RT 2 2p 0 · 3V 0 = V RT 3 4p 0 V 0 = V R(T 3 – T 2 ) => Δ U 2 = 6 p 0 V 0 => Q 2 = 10 p 0 V 0 ; 1-2: p 0 V 0 = V RT 1 2 p 0 V 0 = V RT 2 2-3: 2p 0 V 0 = V RT 2 2p 0 · 3V 0 = V RT 3 4p 0 V 0 = V R(T 3 – T 2 ) => Δ U 2 = 6 p 0 V 0 => Q 2 = 10 p 0 V 0 ; Из уравнения состояния идеального газа: Ответ: ɳ = 17% 4. Вывод расчетной формулы и вычисления.

Слайд 12

4. В тепловом процессе, изображенном на рисунке, 1 моль идеального одноатомного газа переходит из начального состояния 1 в конечное состояние 4 (через состояния 2 и 3). Рассчитайте общее количество теплоты в этом тепловом процессе. Разность конечной и начальной температур 100К. Название изопроцесса 1→2 изохорный 2→3 изобарный 3→4 изохорный Характеристики начального сосотояния 1: T 1 , V 1 , p 1 2 : T 2 , V 1 , p 2 3 : T 1 , V 3 , p 2 Характеристики конечного состояния 2 : T 2 , V 1 , p 2 3 : T 1 , V 3 , p 2 4 : T 2 , V 3 , p 4 1. Распознание явления, которому соответствует ситуация задачи. 2. Построение графической модели явления с учетом условий задачи. Название изопроцесса 1→2 изохорный 2→3 изобарный 3→4 изохорный Характеристики начального сосотояния 1: T 1 , V 1 , p 1 2 : T 2 , V 1 , p 2 3 : T 1 , V 3 , p 2 Характеристики конечного состояния 2 : T 2 , V 1 , p 2 3 : T 1 , V 3 , p 2 4 : T 2 , V 3 , p 4

Слайд 13

3. Составление уравнений, описывающих модель. Применение первого закона термодинамики к каждому изопроцессу : ; ; Дополнительные уравнения : – формула для расчета внутренней энергии идеального одноатомного газа; - формула для расчета работы газа; – уравнение состояния идеального газа.

Слайд 14

Изменение внутренней энергии для каждого изопроцесса : Работа газа в изобарном процессе: Название изопроцесса 1→2 изохорный 2→3 изобарный 3→4 изохорный Характеристики начального сосотояния 1: T 1 , V 1 , p 1 2 : T 2 , V 1 , p 2 3 : T 1 , V 3 , p 2 Характеристики конечного состояния 2 : T 2 , V 1 , p 2 3 : T 1 , V 3 , p 2 4 : T 2 , V 3 , p 4

Слайд 15

Ответ: Q = 415,5 Дж 4. Вывод расчетной формулы и вычисления.

Слайд 16

1. Распознание явления, которому соответствует ситуация задачи. 2. Построение графической модели явления с учетом условий задачи. 5. При какой скорости пуля из свинца полностью расплавится при ударе о стенку, если 80% ее энергии будет затрачено на нагревание пули? Начальная температура пули 27 0 С, температура плавления 327 0 С, удельная теплота плавления свинца 25 кДж/кг, удельная теплоемкость свинца 130 Дж/(кг . Дано: ɳ = 0,8, T 1 = 300К, T пл = 600К, λ = 25·10 3 Дж/кг, с = 130 Дж/(кг υ = ? Решение:

Слайд 17

3. Составление уравнений, описывающих модель. Первый закон термодинамики: ; Ответ: υ = 400 м/с

Слайд 18

6. Теплоизолированный сосуд вместимостью 1 м 3 разделен перегородкой на две равные части. В одной из частей находится гелий 0,3 кг (молярная масса 0,004 кг/моль), а в другой 0,6 кг аргона (молярная масса 0,040 кг/моль). Средняя квадратичная скорость молекул обоих газов составляет 300 и 400 м/с. Рассчитайте парциальное давление аргона в сосуде после удаления перегородки. Дано: V =1м 3 , m 1 = 0,3 кг, M 1 = 0,004 кг/моль , m 2 = 0,6кг, M 2 = 0,040кг/моль, υ 1 = 300м/с, υ 2 = 400 м/с p - ? Решение : 1. Распознание явления, которому соответствует ситуация задачи. 2. Построение графической модели явления с учетом условий задачи.

Слайд 19

3. Составление уравнений, описывающих модель. Уравнение теплового баланса: U = U 1 + U 2 Дополнительные уравнения :

Слайд 21

Ответ: p a = 16,8 кПа