Урок на тему "Циклические процессы. КПД цикла". 10-й класс

Оборудование:

• компьютер,
• медиапроектор;
• жидкостный манометр;
• теплоприёмник
• образовательный комплекс «Физика 10», под редакцией Н.К.Ханнанова,  для классов с углублённым изучением физики. «1С», 2008.

Ход урока.

Актуализация знаний учащихся.

В ходе совместной беседы находим ответы на следующие основные вопросы:

• что называется внутренней энергией;
• в чём отличие внутренней энергии идеального газа от внутренней энергии в общем случае;
• что является главным признаком совершения работы в термодинамике;

Опыт 1. Жидкостный манометр соединён резиновой трубкой с теплоприёмником. При нагревании теплоприёмника уровень жидкости в обоих коленах меняет положение, при охлаждении возвращается обратно.

В.: Совершает ли газ в данном опыте работу? Почему?

Интерактивная модель 1. Графики изо-процессов.

В.: Совершает ли газ работу в каждом из процессов?

- как рассчитать работу газа в изобарном процессе;

- как найти работу газа в любом процессе.

- какими способами можно изменить внутреннюю энергию системы.

Анимация 1. Способы изменения внутренней энергии.

В.: Почему в результате передачи тепла внутренняя энергия увеличивается?

В.: Почему в результате сжатия газа внутренняя энергия возрастает, а при расширении убывает?

Анимация 2. Механизм изменения энергии газа при совершении поршнем работы. (Эвристическая беседа на основе представленной модели)

В.: Как измениться внутренняя энергия при расширении газа в пустоту?

Подводим итог повторения материала. Ученик заполняет недостающие формулы на заранее заготовленной таблице первого закона термодинамики для различных изопроцессов.

Верность записей проверяю вместе с классом, одновременно с просмотром интерактивной модели 2 «Теплообмен в ходе газовых процессов».

Перед началом демонстрации каждого графика вопросы классу:

- какие изменения в предоставленных моделях вы ожидаете в каждом процессе.

Решение задач.

1. Найти количество теплоты, переданное идеальному одноатомному газу в процессе, изображённом на рисунке 1.

Q₁₃=ΔU₁₃ +A₁₂

Q₁₃ =(p₀2V₀ – p₀V₀) + (p₀ + 4p₀)V₀ = 4poV₀

Круговым процессом или циклом называется термодинамический процесс, в результате которого рабочее тело возвращается в исходное состояние.

2. Найти работу газа (Рис. 2)

V₁ = V₀, V₃ = 5V₀

Изобразим график процесса (Рис. 2) в других координатных осях (Рис. 3)

A₂₃ = 3p₀4V₀

A₄₁ = - p₀4V₀

A=A₂₃ + A₄₁ = 2p₀4V₀ = 8p₀V₀

В.: Площадь какой фигуры равна 2p₀4V₀ ?

В общем случае – работа за цикл численно равна фигуре ограниченной графиком цикла.

3. КПД цикла.    η =  =

Найти КПД цикла (Рис. 5).

Газ считать идеальным одноатомным

Ответ: ≈ 11,5%

Самостоятельная работа.

Найти отношение КПД циклов (Рис. 6)

В 1. 1-3-4-8-1 и 4-5-7-8-4

В 2. 2-3-5-6-2 и 1-3-5-7-1

Домашнее задание.

1. Гольдфарб 13.23
2. 

Литература.

1. Горбунов А.К., Панаиотти Э.Д. Сборник задач по физике для поступающих в ВУЗ: Учебн. пособие / Изд-е третье, испр. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 240 с., ил.
2. Гольдфарб, Н.И. Физика. Задачник. 9-11 классы. Серия: Задачники "Дрофы", Изд-во: М.: Дрофа, 2001 г. – 368 с.