Индивидуальные домашние задания по физике:"Графики изопроцессов"

Домашние задания.

Использование в учебном процессе подобных домашних заданий по отдельным разделам курса «Физика-10» и «Физика-11» способствует развитию навыков самостоятельной работы, углубленному пониманию сущности физических явлений и процессов, более прочному закреплению пройденного материала и развитию навыков решения расчетных и графических задач. При этом предусматривается работа учащихся с учебником и собственным конспектом (тетрадью) по физике.

Эту систему я уже несколько лет практикую в нашей школе. Задание выдаётся в начале каждого полугодия, а в предметном учебном графике (контрольные работы, рубежный контроль, зачеты) указывается срок (неделя) сдачи.

Все домашние задания выполняются в специальной тетради, которая активно используется при подготовке к экзамену. Качество выполнения позволяет учителю определить степень усвоения учащимися данной темы. После проверки домашнего задания предусматривается его защита учащимися в форме обсуждения полученных результатов и ответов на вопросы. Ответы учащихся учитываются также при выставлении общей оценки по данной теме.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №1

«Газовые законы и процессы идеального газа»

Провести анализ отдельных газовых процессов, представленных на диаграммах состояний (в вариантах заданий) участками: 1-2, 2-3 и так далее, то есть:

- дать общую характеристику каждого процесса;

- указать закон, которому подчиняются параметры идеального газа в данном процессе;

-описать изменения основных параметров газа (давление, температура, объем) в ходе процесса;

Изобразить процессы в координатах: давление-объем, давление-температура, объем-температура (p – V, p - T, V - T).

Направление процесса на графике указано стрелкой. Кривые на графике в координатах p - Vявляются отрезками гипербол.

Рекомендация: при изображении процессов использовать разные цвета или различный вид линий. Например:

Изотермы – красный цвет (сплошная линия);

Изохоры – зеленый цвет (пунктирная линия);

Изобары – синий цвет (штрих – пунктирная линия).

Примечание.

В вариантах N, N+10, N+20, где N=1-10, представлены одинаковые газовые процессы в разных координатах. (Соотношения выдержаны не везде). Например, вариант 6,16,26.

Пример выполнения домашнего задания.

Вариант 30

Участок 1 – 2

Изометрическое сжатие газа, T = const, T₂=T₁.

Линия 1 – 2 – изотерма.

Закон Бойля-Мариотта: pV = const.

Объем газа уменьшается: V₂V₁.

В соответствии с законом Бойля-Мариотта давление газа увеличивается: p₂p₁.

Участок 2 – 3.

Изобарное нагревание газа: p = const, p₃=p₂.

Линия 2 – 3 – изобара.

Закон Гей-Люссака: V/T = const.

Температура газа возрастает T₃T₂.

В соответствии с законом Гей-Люссака, объем газа так же увеличивается: V₃V₂.

Участок 3 – 4.

Изотермическое расширение газа, T=const, T₄=T₃.

Линия 3 – 4 – изотерма.

Закон Бойля-Мариотта: pV= const.

Объем газа увеличивается: V₄ V₃.

В соответствии с законом Бойля-Мариотта давление газа уменьшается: p₄p₃.

Участок 4 – 1.

Изобарное охлаждение газа, p = const, p₁ = p₄.

Линия 4 – 1 – изобара.

Закон Гей-Люссака: V/T = const.

Температура газа понижается: T₁T₄.

В соответствии с законом Гей-Люссака объем газа уменьшается: V₁V₄.

Примерные вопросы при защите задания.

1. Определить по графикам, во сколько раз объём V3 больше объёма V2 и во сколько раз температура T3 больше температуры T2 . Соответствует ли такое изменение V и T закону процесса перехода 2-3?

2. С помощью какой диаграммы и как графически определить работу газа в цикле 1-2-3-4-1?

З. Записать уравнение 1-го начала термодинамики для процессов 1-2 и 3-4. Чем отличаются процессы с точки зрения 1-го начала термодинамики?

4. Какие из процессов, входящих в состав данного цикла, протекают с поглощением теплоты и какие сопровождаются теплоотдачей?

Ответы.

1.С помощью линейки измеряем на диаграмме V, T отрезки OV3 , OV2 , OT3 , OT2 , находим их средние значения, которые в соответствующем масштабе ( и ) определяют значения объёмов V3 и V2 и температур T3 и T2 . Находим отношения: ≈ 2,5 и ≈ 2,5, откуда получаем , что соответствует постоянству отношения объёма к температуре – закону Гей-Люссака: .

2. Работа газа в цикле 1-2-3-4-1 графически определяется по графикам в координатах p, V следующим образом: элементарная работа газа подсчитывается по формуле , полная работа газа А= и определяется площадью, ограниченную двумя изохорами, нулевой изобарой и кривой процесса. На участке 1-2 работа газа при его сжатии отрицательна (А’

На участке 2 – 3 работа газа при его расширении положительна (А` 0) и пропорциональна площади фигуры V223V3.

На участках 3 – 4 и 4 – 1 работа газа соответственно положительна и отрицательна и определяется площадями фигур V334V4 и V441V1.

Суммарная работа (с учётом знака составляющих) пропорциональна площади фигуры 1 2 3 4 1 (см. рис.):

3. Первое начало термодинамики записывается в виде: U = A + Q, где A – работа внешних сил над газом, а A = –A ` (см. ответ на вопрос 2). Для изотермических процессов 1 – 2 и 3 – 4 первое начало термодинамики имеет вид Q = –A (при T = const U = const для идеального газа, и U = 0).

Для процесса изотермического сжатия газа 1 – 2 A 0 (A` 0) и Q

Для процесса изотермического расширения газа 3 – 4 A 0) и Q 0 – тепло к газу подводится.

4. На участках изобарного нагревания газа 2 – 3 и изотермического расширения 3 – 4 к газу тепло подводится, т.е. эти процессы сопровождаются поглощением газом теплоты извне; участки изобарного охлаждения 4 – 1 и изотермического сжатия 1 – 2 соответствуют теплоотдаче.