Конспект урока по теме: Внутренняя энергия (8 класс)

Внутренняя энергия

В физике есть несколько типов явлений, такие как механические, тепловые, световые, электромагнитные и другие явления. Любое подобное явление сопровождается затратами энергии. Известно, что существует два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.

Кинетическая энергия — это энергия движущегося тела.

То есть, любой движущийся объект обладает кинетической энергией. Это может быть движущийся автомобиль, идущий человек, бегущая собака и так далее.
Кинетическая энергия зависит от массы тела и от скорости его движения
. Вычисляется кинетическая энергия по следующей формуле:

Потенциальная энергия является характеристикой взаимодействия нескольких тел в соответствии с их расположением относительно друг друга.

Например, любое тело, поднятое над землей, обладает потенциальной энергией. Потенциальная энергия зависит от массы тела и от высоты, на которую это тело поднято и вычисляется по формуле:

Кроме того, тело может обладать и тем и другим видом энергии одновременно. Скажем, самолет, движется с определенной скоростью (а потому обладает кинетической энергией) и летит на определенной высоте (а потому обладает потенциальной энергией).

В этом случае, полной энергией тела будет сумма потенциальной и кинетической энергий: E = Ек + Еп.

Кинетическая и потенциальная энергия могут превращаться друг в друга. Самый очевидный пример — это свободное падение, при котором тело теряет высоту, но набирает скорость. Допустим, мячик, держат, на начальной высоте h0. Тогда он обладает потенциальной энергией mgh0 и нулевой скоростью. В этом случае кинетическая энергия будет равна нулю.

Предположим, мяч отпустили. В результате свободного падения тело переместилось в точку соприкосновения с землей, и соответственно, на нулевую высоту. Теперь потенциальная энергия равна нулю. Однако, при падении скорость мяча возросла от нулядо v. Следовательно, его кинетическая энергия возросла до

Таким образом, мяч потерял всю свою потенциальную энергию, но приобрел кинетическую, хотя сначала не имел кинетической энергии, но обладал потенциальной.

Заметим, однако, что после соприкосновения с землёй и нескольких отскоков, мячик остался лежать на земле неподвижно. А это означает, что и кинетическую энергию он тоже потерял. Ни в коем случае, нельзя делать из этого вывод, что энергия мяча просто пропала. Если мы посмотрим внимательно, то увидим, что в момент удара мяч немного сплюснулся, а потом снова приобрел исходную форму за счет своей эластичности. Потом он подпрыгнул, но уже на высоту меньше, чем исходная. И так до тех пор, пока полностью не остановился. Каждый раз при ударе, мячик деформировался и возвращался к исходной форме. На это и была потрачена часть механической энергии. Кроме того, если мы измерим температуру мяча, то убедимся, что он немного нагрелся (также, как и участок поверхности, о которую он ударялся). А, как мы помним из предыдущего урока, температура — это мера кинетической энергии молекул

.

Следовательно, часть механической энергии превратилась во внутреннюю энергию мяча

.
Внутренняя энергия тела складывается из механической энергии молекул: кинетической и потенциальной.
Также, как и в системе тел, энергия системы складывается из энергий каждого тела, в теле внутренняя энергия складывается из энергии молекул:

Внутренняя энергия тела зависит от температуры

(так как температурой описывается кинетическая энергия молекул)
и агрегатного состояния вещества
(так как от него зависит расположение молекул относительно друг друга). Так мы подошли к теме следующего урока: способы изменения внутренней энергии. Заметим, тем не менее, что скорость самого тела никак не влияет на внутреннюю энергию, также как и его положение, относительно других тел, не влияет, на расстояние между молекулами.

Тема урока » Внутренняя энергия» план-конспект урока по физике (8 класс)

Урок физики в 8-м классе по теме: «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»

Цели урока:

• Формирование понятия «внутренняя энергия тела» на основе МКТ строения вещества.
• Ознакомление со способами изменения внутренней энергии тела.
• Формирование понятия «теплопередача» и умения применять знания МКТ строения вещества при объяснении тепловых явлений.
• Развитие интереса к физике через демонстрацию интересных примеров проявления тепловых явлений в природе и технике.
• Обоснование необходимости изучения тепловых явлений для применения этих знаний в быту.
• Развитие информационно – коммуникативных компетенций учащихся.

Тип урока. Комбинированный урок.

Вид урока. Урок — презентация

Форма проведения урока. Интерактивная беседа, демонстрационный эксперимент, рассказ, самостоятельная работа

Формы работы учащихся. Коллективная работа, индивидуальная работа, работа в группах.

Оборудование: электронная презентация «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии», компьютер, проектор.

Ход урока

Организационный момент. Добрый день! Сегодня на уроке мы познакомимся еще с одним видом энергии, узнаем от чего она зависит и как ее можно изменить.

Актуализация знаний.

• Повторение опорных понятий: энергия, кинетическая и потенциальная энергия, механическая работа.

Изучение нового материала.

Учитель. Кроме упомянутых понятий следует вспомнить и то, что два типа механической энергии могут превращаться (переходить) друг в друга, например, при падении тела . Рассмотрим свободно падающий шарик. Очевидно, что при падении его высота над поверхностью уменьшается, а скорость увеличивается, это означает, что уменьшается его потенциальная энергия, а кинетическая увеличивается. Следует понимать, что эти два процесса не происходят отдельно, они взаимосвязаны, и говорят, что потенциальная энергия переходит в кинетическую.

Чтобы понять, что же такое внутренняя энергия тела, необходимо ответить на следующий вопрос, из чего состоят все тела?

Ученики. Тела состоят из частиц, которые непрерывно хаотически движутся и взаимодействуют друг с другом.

Учитель. А если они движутся и взаимодействуют, то они обладают кинетической и потенциальной энергией, которые и составляют внутреннюю энергию.

Ученики. Получается, что у всех тел внутренняя энергия одинаковая, а значит и температура должна быть одинаковой. А это не так.

Учитель. Конечно не так. Тела обладают различной внутренней энергией, и мы постараемся выяснить, от чего зависит и от чего не зависит внутренняя энергия тела.

Определение.

Кинетическая энергия движения частиц и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела.

Внутреннюю энергию обозначают и измеряется она, как и все другие виды энергии, в Дж (джоулях).

Следовательно, имеем формулу для внутренней энергии тела: . Где под понимается кинетическая энергия частиц тела, а под – их потенциальная энергия.

Вспомним предыдущий урок, на нем мы говорили о том, что движение частиц тела характеризует его температура, с другой стороны, внутренняя энергия тела связана с характером (активностью) движения частиц. Следовательно, внутренняя энергия и температура – взаимосвязанные понятия. При повышении температуры тела его внутренняя энергия тоже повышается, при понижении – уменьшается.

Мы выяснили, что внутренняя энергия тела может изменяться. Рассмотрим способы изменения внутренней энергии тела.

Вы уже знакомы с понятием механическая работа тела, она связана с перемещением тела при приложении к нему определенной силы. Если совершается механическая работа, то меняется энергия тела, аналогичное можно утверждать конкретно про внутреннюю энергию тела. Это удобно изобразить на схеме:

Учитель. Способ увеличения внутренней энергии тела при трении был известен людям с глубокой древности. Именно таким способом люди добывали огонь. Работая в мастерских, например, обтачивая детали напильником, что можно пронаблюдать ? (Детали нагревались). Когда человеку холодно, он начинает непроизвольно дрожать. Как вы думаете, почему? (При дрожи происходят мышечные сокращения. За счет работы мышц внутренняя энергия тела увеличивается, становится теплее). Какой можно сделать вывод из сказанного?

Ученики. Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы. Если тело само совершает работу, его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Учитель. В технике, промышленности, повседневной практике мы постоянно встречаемся с изменением внутренней энергии тела при совершении работы: нагревание тел при ковке, при ударе; совершение работы сжатым воздухом или паром.

Давайте немного отдохнем, а заодно узнаем некоторые интересные факты из истории тепловых явлений (двое учащихся выступают с короткими сообщениями, приготовленными заранее).

Сообщение 1. Как устраивались чудеса.

Древнегреческий механик Герон Александрийский, изобретатель фонтана, носящего его имя, оставил нам описание двух остроумных способов, с помощью которых египетские жрецы обманывали народ, внушая ему веру в чудеса. На рисунке 1 вы видите пустотелый металлический жертвенник, а под ним скрытый в подземелье механизм, приводящий в движение двери храма. Жертвенник стоял снаружи его. Когда разводят огонь, воздух внутри жертвенника вследствие нагревания сильнее давит на воду в сосуде, скрытом под полом; из сосуда вода вытесняется по трубке и выливается в ведро, которое, опускаясь, приводит в действие механизм, вращающий двери (рис. 2). Изумленные зрители, ничего не подозревающие о скрытой под полой установкой, видят перед собой “чудо”: как только на жертвеннике запылает огонь, двери храма, “внемля молитвам жреца”, растворяются словно сами собой…

Разоблачение “чуда” египетских жрецов: двери храма открываются действием жертвенного огня.

Сообщение 2. Как устраивались чудеса.

Другое мнимое чудо, устраивавшееся жрецами, изображено на рис. 3. Когда на жертвеннике запылает пламя, воздух, расширяясь, выводит масло из нижнего резервуара в трубки, скрытые внутри фигур жрецов, и тогда масло чудесным образом само подливается в огонь… Но стоило жрецу, заведующему этим жертвенником, незаметно вынуть пробку из крышки резервуара — и излияние масла прекращалось (потому что избыток воздуха свободно выходил через отверстие); к этой уловке жрецы прибегали тогда, когда приношение молящихся было слишком скудно.

Учитель. Как всем нам знакомо утреннее чаепитие! Так приятно заварить чай, насыпать в чашку сахарку и пить понемножечку, маленькой ложечкой. Только одно плохо — уж больно ложка горячая! Что же произошло с ложкой? Почему повысилась ее температура? Почему увеличилась ее внутренняя энергия? Мы работу над ней совершали?

Ученики. Нет, не совершали.

Учитель. Давайте выясним, почему произошло изменение внутренней энергии.

Вначале температура воды выше, чем температура ложки, а следовательно и скорость молекул воды больше. Это значит, что молекулы воды обладают большей кинетической энергией, чем частицы металла, из которого сделана ложка. При столкновении с частицами металла молекулы воды передают им часть своей энергии, и кинетическая энергия частиц металла увеличивается, а кинетическая энергия молекул воды уменьшается. Такой способ изменения внутренней энергии тел называется теплопередачей. В нашей повседневной жизни мы часто сталкиваемся с этим явлением. Например, в воде, при лежании на земле или в снегу организм охлаждается, что может привести к простудным заболеваниям или обморожениям. В сильный мороз утки охотно лезут в воду. Как вы думаете, почему? (В сильный мороз температура воды значительно выше температуры окружающего воздуха, поэтому в воде птица будет охлаждаться меньше, чем на воздухе).Теплопередача осуществляется несколькими способами, но об этом мы поговорим на следующем уроке.

Таким образом, возможны два способа изменения внутренней энергии. Какие?

Ученики. Совершение работы и теплопередача.

Закрепление изученного материала. Теперь давайте посмотрим, насколько хорошо вы усвоили новый материал сегодняшнего урока . Я буду задавать вопросы, а вы попробуете на них ответить.

Вопрос 1. В один стакан налита холодная вода, в другой – столько же кипятка. В каком стакане вода обладает большей внутренней энергией? (Во втором, т.к. ее температура выше) .

Вопрос 2. Два медных бруска имеют одинаковую температуру, но масса одного 1 кг, а другого – 0,5 кг. Какой из двух данных брусков обладает большей внутренней энергией? (Первый, т.к. его масса больше) .

Вопрос 3. Молоток нагревается, когда им бьют, например, по наковальне, и когда он лежит на солнце в жаркий летний день. Назовите способы изменения внутренней энергии молотка в обоих случаях. (В первом случае совершение работы, а во втором — теплопередача) .

Вопрос 4. В металлическую кружку налита вода. Какое из перечисленных ниже действий приводит к изменению внутренней энергии воды? (1, 3)

1. Нагревание воды на горячей плите.
2. Совершение работы над водой, приведение ее в поступательное движение вместе с кружкой.
3. Совершение работы над водой перемешиванием ее миксером.

Учитель. А сейчас я предлагаю вам поработать самостоятельно. (Учащиеся делятся на 6 групп, и дальнейшая работа будет осуществляться в группах ). Перед вами лежит листок с тремя заданиями.

Задание 1. Что является причиной изменения внутренней энергии тел в приведенных ниже явлениях:

1. нагревание воды кипятильником;
2. охлаждение продуктов, положенных в холодильник;
3. возгорание спички при чирканье ею о коробок;
4. сильное нагревание и сгорание искусственных спутников земли при вхождении их в нижние плотные слои атмосферы;
5. если быстро изгибать проволоку в одном и том же месте то в одну, то в другую сторону, то это место сильно нагревается;
6. приготовление пищи;
7. если быстро скользить вниз по шесту или канату, можно обжечь руки;
8. нагревание воды в бассейне в жаркий летний день;
9. при забивании гвоздя его шляпка нагревается;
10. спичка вспыхивает при внесении ее в пламя свечи.

Задание 2. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела в процессе совершения работы при: трении, ударе, сжатии.

Для двух групп – при трении; других двух групп – при ударе и еще двух групп – при сжатии.

Рефлексия.

• Что нового, интересного вы узнали сегодня на уроке?
• Как вы усвоили пройденный материал?
• Какие были трудности? Удалось ли их преодолеть?
• Пригодятся ли вам знания, полученные сегодня на уроке?

Подведение итогов урока. Сегодня мы с вами познакомились с основными понятиями раздела «Тепловые явления» внутренней энергией и теплопередачей и ознакомились со способами изменения внутренней энергии тел. Полученные знания помогут вам объяснить и предсказать протекание тепловых процессов, с которыми вы встретитесь в своей жизни.

Домашнее задание. § 2, 3. Экспериментальные задания:

1. Измерьте домашним термометром температуру воды, налитой в банку или бутылку. Плотно закройте сосуд и 10–15 мин интенсивно встряхивайте его, после чего вновь измерьте температуру. Чтобы исключить передачу тепла от рук, наденьте варежки или заверните сосуд в полотенце. Какой способ изменения внутренней энергии вы использовали? Поясните.
2. Возьмите резиновую ленту, связанную кольцом, приложите ленту ко лбу и запомните ее температуру. Удерживая резину пальцами руки, несколько раз энергично растяните и в растянутом виде снова прижмите ко лбу. Сделайте вывод о температуре и причинах, вызвавших изменение.