Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Урок по физике в 8 классе Вечный закон природы, открытый людьми.

(Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах).

 Учитель физики МБОУ СОШ №1 г. Воткинска Удмуртской Республики Н.В. Шкляева

Цели и задачи урока:

Обучающие:

обобщить и систематизировать знания по теме «Тепловые явления»

повторить пройденный материал

подготовить учащихся к предстоящей контрольной работе

Развивающие:

развивать креативность проблемного мышления для решения познавательных заданий

развивать теоретическое мышление, умение действовать самостоятельно и работать в группе

развивать способности учащихся выдвигать гипотезы, выражать грамотно свои мысли вслух

Воспитательные:

показать, что знание основ физики необходимо каждому, что физика повсюду вокруг нас

способствовать воспитанию у школьников культуры исследовательского труда, воспитанию навыков коммуникативного общения

необычной формой урока продолжить формирование положительных мотиваций к учебе и повысить рост интереса к знаниям

создать эмоциональные условия для самоутверждения личности и веры в свои собственные силы.

Ход урока: ИД. Кадр 1

К доске приглашаются 2 ученика и им выдается 5 конфет. Просьба поделить их между собой. У одного 2 конфеты, у другого - 3. Сумма – 5. Прошу поделить конфеты по-другому. Сумма 5. У одного убыло, у другого прибыло. Выполняется закон сохранения конфет.

Выберите из списка примеры выполнения закона сохранения в механических процессах. Какая энергия уменьшается, а какая – увеличивается? При любом превращении полная энергия остается постоянной. ИД. Кадр2

Вы уже изучили некоторые тепловые явления. Проверим, выполняется ли закон сохранения энергии в тепловых процессах? ИД кадр 3. Запишите тему урока:

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Ответьте на вопросы: в чай опустили чайную ложку.

Как изменилась внутренняя энергия ложки?

Как изменилась внутренняя энергия чая?

Как изменилась внутренняя энергия системы «ложка – чай»? (в лабораторной работе был получен вывод о равенстве количеств теплоты. У некоторых получилось, что Qгор> Qхол). Куда делась часть теплоты?

Каким способом передавалась энергия от чая к ложке?

Как еще можно изменить внутреннюю энергию тела?

Выполните ОПЫТ 1: нагрейте монету. Убедитесь, что монета нагрелась, т.е. ее внутренняя энергия увеличилась. Монета сама совершила работу или Вам пришлось потрудиться?

ИД Кадр 4 Чтобы Вам согреться, что необходимо сделать? (из отдельных слов соберите предложение)

Внутренняя энергия может изменяться только под влиянием внешних воздействий, то есть в результате сообщения системе количества теплоты Q и совершения над ней работы А:

Какие превращения энергии происходят в следующих ситуациях:

спортсмен перед стартом делает разминку

работающей мельнице некогда замерзать

велосипедный насос при работе нагревается

ветер разжигает огонь

водопад льдом не покроется

метеорит сгорает в плотных слоях атмосферы

ИД Кадр 5

Рассмотреть примеры: 1. Куда нужно поставить вентилятор, чтобы нагреть комнату, если батареи отопления дают мало тепла?

2. Когда человек болеет, у него поднимается температура, и увеличивается внутренняя энергия. Человек принимает лекарства, понижающие температуру, вызывающие потоотделение. Количество теплоты отрицательно, так как тепло отдаётся. Температура снижается до нормальной температуры.

5. Провести опыт Задание к опыту № 1:
1. Перевернуть пробирку вверх дном.
2. Осторожно нажимая на пробирку, выдавить из картофеля кружок (пробку) так, чтобы

пробирка плотно закрылась картофельной пробкой.
3. Перевернуть пробирку вниз донышком и опустить ее в горячую воду.
4. Пронаблюдать происходящий процесс.
5. Сделать вывод, используя ответы на вопросы:

Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке, когда ее опустили в воду?

К чему привело изменение внутренней энергии воздуха?

Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке после вылета пробки?

ИД Кадр 6. С помощью опыта мы получили вывод о том, что теплом, подведенным к телу, можно не только нагреть тело, но и совершить работу

Это устройство для получения механической работы за счет теплоты называется тепловым двигателем.

Нельзя построить двигатель, который бы совершал работу большую, чем та энергия, которая подводится к двигателю из вне .

6 . Распределите картинки согласно формуле Q= ∆U+Aт. ИД Кадр 7.

Выстрел из пистолета, свисток в чайнике, хранение баллончиков, нагревание факелом, приготовление пищи. В каком случае мы имеем тепловой двигатель?

 

На этом принципе основана работа оружия. Но одно единственное движение это не все, что необходимо, т.к. это процесс кратковременный и не приводит к длительному движению. Т.е. нужно, чтобы процесс продолжался. А продолжить его можно, если повторять процесс перехода внутренней энергии в механическую энергию. Чтобы процесс мог повториться всю систему нужно перевести в исходное состояние. Для изучения такой возможности выполним опыт № 2.

7. чтобы тепловой двигатель работал циклично, нужно научиться возвращать его обратно в исходное положение. Опыт 2 Задание к опыту № 2:

В U-образную трубку налить примерно до половины воду.

Одно колено трубки соединить с колбой, а в другое поместить поплавок.

Нагреть колбу, погрузив в сосуд с горячей водой. Пронаблюдать результат.

Охладить колбу, погрузив в сосуд с холодной водой. Пронаблюдать результат.

Сделать вывод.

При нагревании колбы в горячей воде, воздух расширяется и выталкивает воду из U – образной трубки и поплавок поднимается.

Если опустить колбу в холодную воду, то воздух снова сжимается. Процесс можно повторить.

ИД Кадр 8.

. Этот закон говорит о том, что любая машина (любой двигатель) может совершать работу только за счет получения извне некоторого количества теплоты или уменьшения своей внутренней энергии. Многие изобретатели пытались построить машины, которые совершали бы работу, не тратя никакой энергии. Эти машины назывались вечными двигателями первого рода. 

 

8. Первые тепловые двигатели были паровыми. Сначала появились автомобили, ИД Кадр 9

Затем паровозы ИД Кадр 10. Позднее ДВС , ИД Кадр 11 и реактивные двигатели .

Турбореактивный двигатель КиМ 8 класс просмотр фрагмента

9. Рефлексия. Рассмотрите рисунок .Сформулируйте великий закон природы - закон превращения энергии, который является составной частью закона сохранения энергии ИД Кадр 12

10. ДЗ п.11, составить рассказ по рисункам, найти примеры вечных двигателей, сделать презентацию или рисунок, показать несостоятельность вечных двигателей. ИД Кадр 13

 

Дополнительный материал.

При движении тел в воздухе с небольшими скоростями, например, при движении брошенного камня, сопротивление воздуха невелико, на преодоление сил трения затрачивается небольшая работа, и камень практически не нагревается. Но быстро летящая пуля разогревается значительно сильнее. При больших скоростях реактивных самолетов приходится уже принимать специальные меры для уменьшения нагревания обшивки самолета. Мелкие метеориты, влетающие с огромными скоростями (десятки километров в секунду) в атмосферу Земли, испытывают такую большую силу сопротивления среды, что полностью сгорают в атмосфере. Нагревание в атмосфере искусственного спутника Земли, возвращающегося на Землю, так велико, что на нем приходится устанавливать специальную тепловую защиту.

при торможении поезда тормозные колодки сильно нагреваются. При спуске корабля со стапелей на воду для уменьшения трения стапеля обильно смазываются, и все же нагревание так велико, что смазка дымится, а иногда даже загорается.

при торможении поезда уменьшение его кинетической энергии сопровождается увеличением внутренней энергии тормозных колодок, бандаж колес, рельсов, окружающего воздуха и т. д. в результат нагревания этих тел. Все сказанное относится также и к тем случаям, когда силы трения возникают внутри тела, например, при разминании куска воска, при неупругом ударе свинцовых шаров, при перегибании куска проволоки.

Сверла и пилы нагреваются при работе с ними.

Хотя общее количество энергии остается постоянным, количество полезной для нас энергии может уменьшаться и в действительности постоянно уменьшается. Переход энергии в другую форму может означать переход ее в бесполезную для нас форму. В механике чаще всего это - нагревание окружающей среды, трущихся поверхностей и т. п. Такие потери не только невыгодны, но и вредно отзываются на самих механизмах; так, во избежание перегревания приходится специально охлаждать трущиеся части механизмов.

Провести опыт Задание к опыту № 1:
1. Перевернуть пробирку вверх дном.
2. Осторожно нажимая на пробирку, выдавить из картофеля кружок (пробку) так, чтобы

пробирка плотно закрылась картофельной пробкой.
3. Перевернуть пробирку вниз донышком и опустить ее в горячую воду.
4. Пронаблюдать происходящий процесс.
5. Сделать вывод, используя ответы на вопросы:

Что произошло с внутренней энергией воздуха в пробирке, когда ее опустили в воду?

К чему привело изменение внутренней энергии воздуха?

Какие превращения энергии происходят в следующих ситуациях:

спортсмен перед стартом делает разминку

работающей мельнице некогда замерзать

велосипедный насос при работе нагревается

ветер разжигает огонь

водопад льдом не покроется

метеорит сгорает в плотных слоях атмосферы