Урок физики "Внутренняя энергия"

Цели:

Образовательные:

ввести понятие внутренней энергии как суммы кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия;

добиться усвоения учащимися содержания закона сохранения энергии;

подчеркнуть всеобщность этого закона, используя межпредметные связи курсов физики, химии, биологии, технологии.

Развивающие:

развивать физическое мышление учащихся, умение самостоятельно формулировать выводы;

расширять познавательный интерес, по­знавательную активность, коммуника­тивные умения, навыки устной связанной речи;

Воспитательные:

продолжить формирование научного мировоззрения школьников;

воспитывать у обучающихся толерантность.

Оборудование: металлический шарик; металлическая пластина; пластилин; ёмкость с песком; небольшие кусочки медной проволоки (по одному на парту); пробирка с водой; пробирка с водой, закрытая пробкой; кусочки льда; небольшая гайка; спиртовка; кусочки негашёной извести (оксид кальция); теплоприёмник; жидкостный манометр; термометр; барометр - анероид.

Демонстрации:

Падение металлического шарика на металлическую плиту;

Падение пластилинового шарика на стол;

Падение металлического шарика в пшено;

Сгибание медной проволоки;

ХОД УРОКА

1. Актуализация ЗУН.

1. Что называется явлениями? Какие вы знаете виды физических явлений. Привести примеры тепловых явлений. С чем связано тепловое состояние тела.
2. Что такое температура? Каким прибором и в каких единицах измеряют t. Кто и как были получены на шкале 0 и 100. Что всегда показывает термометр? Кто изобрел первый термометр?
3. Что общего и различного между холодной и горячей водой?

Почему вода при 100 горячая, а при 30 теплая? Как было доказано , что t зависит от V и mм. , а значит от Eк - мол. ?

4. Какое движение называется тепловым? Чем отличается тепловое от механического движения тела?

II. Изучение нового материала.

 - Что такое энергия? Виды энергии (Дать определение)

Е_к - кинетическая энергия движущегося тела = mV²/2

Е_п - потенциальная энергия взаимодействия (тела и Земли, молекул одно и того же тела :притягиваются и отталкиваются)=mgh

2. Опыт:

Падение металлического шарика на металлическую плиту.

Потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Шарик остановился.

– Куда исчезла механическая энергия?

Смоделируем ситуацию и возьмём вместо металлического шарика пластилиновый. Что происходит с шариком?

А теперь возьмём металлический шарик, а вместо металлической плиты возьмём … (на что нужно бросить шарик, чтобы теперь поверхность деформировалась?) на пшено.

– Что происходит с пшеном?

Вывод: изменилась потенциальная энергия взаимодействия частиц (молекул) из которых состоит тело.

Если измерить очень чувствительным термометром температуру плиты и шарика, то он покажет увеличение температуры и шарика, и плиты.

Вывод: изменилась кинетическая энергия частиц (молекул) из которых состоит тело.

Опыт № 2

Сгибание медной проволоки. Проволока нагрелась.

Вывод: изменилась кинетическая энергия частиц (молекул) из которых состоит тело.

Когда шарик остановился V=0, Е_р=0 и Е_к=0, т. е Е_мех. =0

Но энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего, а только переходит из одного вида в другой.

3. Рассмотрим шарик и плиту. Они после удара нагрелись и продеформировались. Значит каждая молекула увеличила свою скорость , а=> и Е_{кин. мол} изменилась , и изменилось взаимодействие молекул, т. е изменилась Е_{р мол - л.}

Значит E_мех. перешла в энергию другого вида - в энергию молекул.

Энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называется внутренней энергией.

Е_кМ + Е_рМ = U - внутренняя энергия.

Е_мех перешла - > U

Е _полн. = Е _мех. + U

4) Может ли U=0? (нет), т. к. молекулы всегда движутся и обладают Е_кМ и взаимодействуют, т. е. обладают Е_рМ.

Полная энергия тела Еполн. =Емех. + U и при любых процессах остаётся неизменной. В этом заключается закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления.

Закон сохранения:

Энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно. Она может переходить из одного вида в другой сохраняя свое (полное) общее значение.

Пример: Взлетная ракета. Один из первых, кто обратил внимание на взаимопревращаемость различных видов энергии, был немецкий ученый Юмус Роберт Майер (1814 - 1878).

И история открытия закона сохранения энергии явное подтверждение тому, что человеческий организм подчиняется обычным законам природы.

Майер рассматривал человеческий организм как термодинамическую систему. Исследуя насыщение кислородом гемоглобина в крови человека, находящегося в различных климатических условиях, учёный сформулировал закон сохранения энергии. Этот научный факт подтверждает справедливость высказывания нидерландского философа Бенедикта Спинозы - жившего в 17 веке, который сказал: «Человек …, пока он составляет часть природы, должен следовать её законам».

Итак: кроме механической энергии существует еще и внутренняя энергия и зависит от t тела агрегатного состояния вещества и других факторов.

U - не зависит от механического движения тел, ни от положения тела относительно друг друга.

Например: сгибание и разгибание медной проволоки. Место сгиба быстро становятся теплым.

Ясно, что мы совершаем механическую работу, сгибая и разгибая кусок проволоки. Эта работа неизбежно должна была преобразоваться в другой вид энергии. Т. к температура в месте сгиба увеличилась , то увеличилась и средняя кинетическая энергия молекул.

III. Закрепление.

– Какие превращения энергии происходят в следующих случаях?

Движение метеорита к Земле в безвоздушном пространстве.

Пролёт метеорита через атмосферу.

Нагретый газ поднимает поршень в цилиндре двигателя.

1. Полянский - стр. 98

2. Лукошик. № 984, № 985б, №986

IV. Рефлексия.

– Итак, какова была цель урока? 

– Какими этапами мы шли к достижению цели? 

– Какие наблюдения мы использова­ли в качестве исходных фактов?

– Что нового мы узнали? 

– Мы узнали, что энергия не исчезает и не возникает, а только превращается из одного вида в другой. Этот закон –основной закон природы, он объясняет самые различные явления живой и не живой природы.

– Достигнута ли цель урока?

IV. Д. З. приготовить сообщение по биографии Роберта Майера; § 2 учебника.

2-2: Внутренняя энергия

Цели:

• Образовательные: 

  • ввести понятие внутренней энергии как суммы кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия;

  • добиться  усвоения учащимися содержания закона сохранения энергии;

  • подчеркнуть всеобщность этого закона, используя  межпредметные связи  курсов физики, химии, биологии, технологии.

• Развивающие:

  • развивать физическое мышление учащихся, умение самостоятельно формулировать выводы;

  • расширять познавательный интерес, по­знавательную активность, коммуника­тивные  умения, навыки устной связанной речи;

• Воспитательные:

  • продолжить формирование научного мировоззрения школьников;

  • воспитывать у обучающихся толерантность.

Оборудование: металлический шарик; металлическая пластина; пластилин; ёмкость с песком; небольшие кусочки медной проволоки (по одному  на парту); пробирка с водой; пробирка с водой, закрытая пробкой; кусочки льда; небольшая гайка; спиртовка; кусочки негашёной извести (оксид кальция); теплоприёмник; жидкостный манометр; термометр;  барометр-анероид.

Демонстрации:

• Падение металлического шарика на металлическую плиту;

• Падение пластилинового шарика на стол;

• Падение металлического шарика  в пшено;

• Сгибание медной проволоки;

ХОД УРОКА

1. Актуализация ЗУН.

1. Что называется явлениями? Какие вы знаете виды физических явлений. Привести примеры тепловых явлений. С чем связано тепловое состояние тела.

2. Что такое температура? Каким прибором и в каких единицах измеряют t. Кто и как были получены на шкале 0 и 100. Что всегда показывает термометр? Кто изобрел первый термометр?

3. Что общего и различного между холодной и горячей водой?

Почему вода при 100 горячая, а при 30 теплая? Как было доказано ,что t зависит от V и mм., а значит от Eк-мол.?

1. Какое движение называется тепловым? Чем отличается тепловое от механического движения тела?

II. Изучение нового материала.

-Что такое энергия? Виды энергии (Дать определение)

Е_к-кинетическая энергия движущегося тела = mV²/2

Е_п-потенциальная энергия взаимодействия (тела и Земли, молекул одно и того же тела :притягиваются и отталкиваются)=mgh

2.Опыт:

Падение металлического шарика на металлическую плиту.
Потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Шарик остановился. 
– Куда исчезла механическая энергия?
Смоделируем ситуацию и возьмём вместо металлического шарика пластилиновый. Что происходит с шариком?
А теперь возьмём металлический шарик, а вместо металлической плиты возьмём  … (на что нужно бросить шарик, чтобы теперь поверхность деформировалась?) на пшено.
– Что происходит с пшеном?

Вывод: изменилась потенциальная энергия взаимодействия частиц (молекул) из которых состоит тело.

Если измерить очень чувствительным термометром температуру плиты и шарика, то  он покажет увеличение температуры и шарика, и плиты.

Вывод: изменилась кинетическая энергия частиц (молекул) из которых состоит тело.

Опыт № 2

Сгибание медной проволоки. Проволока нагрелась.

Вывод: изменилась кинетическая энергия частиц (молекул) из которых состоит тело.

Когда шарик остановился V=0,Е_р=0 и Е_к=0,т.е Е_мех.=0

Но энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего, а только переходит из одного вида в другой.

3. Рассмотрим шарик и плиту. Они после удара нагрелись и продеформировались. Значит каждая молекула увеличила свою скорость ,а= и Е_{кин.мол} изменилась , и изменилось взаимодействие молекул, т.е изменилась Е_{р мол-л.}

Значит E_мех. перешла в энергию другого вида-в энергию молекул.

Энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называется внутренней энергией.

Е_кМ + Е_рМ = U- внутренняя энергия.

Е_мех перешла - U

Е _полн.= Е _мех. + U

4) Может ли U=0? (нет), т.к. молекулы всегда движутся и обладают Е_кМ и взаимодействуют, т.е. обладают Е_рМ.

Полная энергия тела Еполн.=Емех. + U и при любых процессах остаётся неизменной. В этом заключается закон сохранения энергии, распространенный на тепловые явления.

Закон сохранения:

Энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно. Она может переходить из одного вида в другой сохраняя свое (полное) общее значение.

Пример: Взлетная ракета. Один из первых, кто обратил внимание на взаимопревращаемость различных видов энергии, был немецкий ученый Юмус Роберт Майер (1814-1878).

И история открытия закона сохранения энергии явное подтверждение тому, что человеческий организм подчиняется обычным законам природы.

Майер рассматривал человеческий организм как термодинамическую систему. Исследуя насыщение кислородом гемоглобина в крови человека, находящегося в различных климатических условиях, учёный сформулировал закон сохранения энергии.  Этот научный факт подтверждает справедливость высказывания  нидерландского философа Бенедикта Спинозы -  жившего в 17 веке, который   сказал:  «Человек …, пока он составляет часть природы, должен следовать её законам».

Итак: кроме механической энергии существует еще и внутренняя энергия и зависит от t тела агрегатного состояния вещества и других факторов.

U- не зависит от механического движения тел, ни от положения тела относительно друг друга.

Например: сгибание и разгибание медной проволоки. Место сгиба быстро становятся теплым.

Ясно, что мы совершаем механическую работу, сгибая и разгибая кусок проволоки. Эта работа неизбежно должна была преобразоваться в другой вид энергии. Т.к температура в месте сгиба увеличилась ,то увеличилась и средняя кинетическая энергия молекул.

III. Закрепление.

– Какие превращения энергии происходят в следующих случаях?

• Движение метеорита к Земле в безвоздушном пространстве.

• Пролёт метеорита через атмосферу.

• Нагретый газ поднимает поршень в цилиндре двигателя.

1.Полянский- стр.98

2.Лукошик. № 984, № 985б,  №986

IV. Рефлексия.

– Итак, какова была цель урока? 
– Какими этапами мы шли к достижению цели? 
– Какие наблюдения мы использова­ли в качестве исходных фактов?
– Что нового мы узнали? 
– Мы узнали, что энергия не исчезает и не возникает, а только превращается из одного вида в другой. Этот закон –основной закон природы, он объясняет самые различные явления живой и не живой природы.
– Достигнута ли цель урока?

IV. Д.З.

приготовить сообщение по биографии Роберта Майера;

§ 2 учебника