Задачи урока: Познакомить учащихся с историей открытия закона сохранения и превращения энергии icon

Задачи урока: Познакомить учащихся с историей открытия закона сохранения и превращения энергии


Смотрите также:
Муниципальное общеобразовательное учреждение, средняя общеобразовательная школа №33 г...
Тема урока: Фотоэлектрический эффект. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта. Фотон...
Конспект урока по физике в 9 классе «Закон сохранения механической энергии»...
Урок 1-2 в 9 классе. Тема : «Закон всемирного тяготения»...
“Иммунология на службе здоровья”...
Задачи: образовательные: направить деятельность учащихся по изучению физических основ...
Тема урока географическое положение...
План-конспект урока : Организационная часть (1,5 минуты) Проверка и запись домашнего задания...
«физика»
Тема урока «Виды и роль рекламы»...
Конспект урока по биологии в 8 классе тема: “витамины”...
Задачи. Образовательные...



Загрузка...
скачать
Законы сохранения и превращения энергии


Содержание



  1. Введение.

Значимость изучения закона сохранения энергии.



  1. Основная часть. Обобщающий урок по теме «Законы сохранения и превращения энергии» в 11 классе.

2.1. Некоторые исторические факты.

2.2. Варианты проверочной работы с задачами различного уровня сложности.

2.3. Решения задач.


  1. Заключение

  2. Приложения

  3. Список литературы



Введение


На заключительных, обобщающих уроках в 11 классах с профильным обучением физики «Единая картина мира» для формирования понимания целостности картины мира можно провести занятия по теме «Законы сохранения и превращения энергии» по курсу физики с 7-го по 11-ый классы, в которых изучался этот фундаментальный закон. Урок рассчитан на 2 часа.
^

Цель урока:


Повышение мировоззренческого, технического и гуманитарного уровня, показывающего физику как один из компонентов общечеловеческой культуры, как результат деятельности людей. Формирование научного мировоззрения, активизация познавательной деятельности учащихся через ознакомление учащихся с учеными «триады», открывших закон сохранения и превращения энергии, построения моделей (гипотез) и их теоретического анализа.
^

Задачи урока:





  1. Познакомить учащихся с историей открытия закона сохранения и превращения энергии.

  2. Показать ученикам сущность теоретического моделирования реальных процессов и объектов и познакомить с теоретическими методами в науке.

  3. Познакомить с общими принципами экспериментального научного подхода к познанию природных явлений и объектов

  4. Планировать и проводить самостоятельные эксперименты, вести исследования.

  5. Продемонстрировать универсальность применения закона сохранения энергии для решения различных физических задач



^

Планируемые результаты:


По окончании урока учащиеся должны четко знать, в чем состоит научный метод изучения природы. Они должны понимать, в чем суть моделей природных процессов и явлений, как выдвигаются гипотезы и делаются теоретические выводы, как экспериментально проверять модели и гипотезы, как проводить научные исследования.


Для достижения планируемых результатов рекомендуется провести интегрированный урок совместно с учителем химии или биологии.


Выдвижение Ломоносовым и Майером всеобщего закона сохранения в качестве «верховного закона» принято современной наукой, которая формулирует многочисленные конкретные законы сохранения в качестве основной опоры научного исследования.

Имя Майера и Гельмгольца практически не упоминается в учебниках, рекомендованных для школ. Единственное исключение составляют учебники Мякишева и Пинского.

Майер фактически впервые четко сформулировал закон сохранения энергии и вычислил механический эквивалент теплоты на основе сравнения теплоемкостей газов при постоянном давлении и постоянном объеме. Идеи Майера не сразу были поняты и признаны современниками, а в дальнейшем оспаривался приоритет его открытия.

Первая статья Майера не была опубликована, вторая увидела свет в химическом журнале, третья – в частной брошюре. Вполне понятно, что открытие Майера не дошло до физиков, и закон сохранения открывали независимо от него и другими путями другие авторы, прежде всего Джоуль и Гельмгольц. Закономерно также, что Майер оказался втянутым в тягостно отразившийся на нем спор о приоритете.

В работе «Органическое движение и его связи с обменом вещества» Майер пишет, что математика получила широкое применение в технике и естествознании, «являясь прочной осью естественнонаучного исследования». Однако в биологии ее влияние незначительно, «между математической физикой и физиологией живо чувствуется пропасть». Задача Майера – «установить метод, посредством которого оказалось бы возможным сблизить эти обе науки…».

Можно поражаться прозорливости Майера и его смелости в выборе цели. Только в наши дни благодаря внедрению кибернетических методов и компьютерных технологий началось сближение биологии, математики и техники, о котором думал Майер.


Некоторые исторические факты.

Развитие познания совершается по спирали. Наступает время, когда наука возвращается к идеям уже высказанным. Но это возвращение совершается на новом, более высоком уровне, который предшествовал длительный исторический опыт познания и это блестяще подтверждает история открытия закона сохранения энергии.

Многие ученые внесли свой вклад в формулировку понятия «энергия» и закона ее сохранения. Первый и решающий вклад сделан, несомненно, Ломоносовым. Своими воззрениями Ломоносов стремился преодолеть метафизику и прежде всего отрыв материи от движения. Хотя под движением он понимал только механическое движение, но его высказывания, что «тела не могут ни действовать, ни противодействовать взаимно без движения; природа тел состоит в движении, и, следовательно, тела определяются движением», свидетельствует об огромной высоте, на которой стоял Ломоносов в этом процессе.



Но следующим нужно назвать немецкого врача Майера, родившегося на целое столетие позже. Он рассмотрел двадцать пять проявлений закона сохранения энергии, охватив явления живой и неживой природы.

Юлиус Роберт Майер(1814 – 1878г.г.) родился 25 ноября 1814 года в Гейльбронне (Германия). Получив медицинское образование, Майер уезжает в Индонезию в качестве судового врача. Один эпизод плавания круто меняет жизнь Майера. Пуская кровь, заболевшему матросу, ученый обратил внимание на ее необычайно алый цвет. Он даже подумал, что вскрывая вену, повредил артерию. «Некоторые мысли, - писал Майер впоследствии, - пронизывающие меня подобно молнии, это было на рейде в Сурабае, тотчас с силой овладели мною и навели на новые предметы».

Еще один пример того, как широко известное явление, не привлекающее внимания большинства людей, дает толчок воображению творческой личности. Майер понял: алый цвет венозной крови вызван тем, что в вены возвращается кровь, богатая кислородом. Значит в тропиках человек потребляет меньше кислорода, ибо при жаре для поддержания нормальной температуры тела нужно меньшее количества тепла от сгорания поступивших в организм веществ. Эта мысль была как зерно, брошенное в землю.

Вернувшись в 1841 году на родину, он пишет о том, что «силы» неуничтожаемы, так же как химические вещества. «Силы – это движение, электричество и теплота».

В1842 году в работе «Замечания о силах неживой природы» Майер пишет: «Для исчезающего движения во многих случаях не может быть найдено никакого другого действия, кроме тепла, а для возникновения тепла – никакой другой причины, кроме движения…». Далее, Майер ставит вопрос о термическом эквиваленте работы. Используя соотношение между теплоемкостями газов при постоянном давлении и постоянном объеме, он приходит к выводу, «что опусканию единицы веса с высоты около 365 м соответствует нагревание равного веса воды от 00 до10». Таким образом, Майер указал совершенно правильный метод определения механического эквивалента теплоты и правильно оценил его порядок. История науки отметила эту заслугу Майера, присвоив уравнению cp ­ cv = R название «уравнение Майера».

Особенно важна идея Майера о качественном превращении сил (энергии) при их количественном сохранении. Майер подробно анализирует всевозможные формы превращения энергии в брошюре «Органическое движение и его связи с обменом вещества», опубликованной ученым за свой счет в 1845 году. Именно в этой работе Майер анализирует 25 случаев превращения «движений», включая то, что мы теперь называем потенциальной и кинетической энергией, электрической, химической и тепловой энергией. Здесь он отрицает теплород (теория теплорода), электрический и другие флюиды (теория эфира).

В своей брошюре Майер перечисляет различные формы силы. Это, во-первых, «живая сила движения», т.е. кинетическая энергия движущихся масс. На второе место он ставит «силу падения», т.е. потенциальную энергию поднятого тела. Майер объединяет потенциальную и кинетическую энергию как две формы механической энергии.

«Новому времени выпало на долю к силам старого мира – движущемуся воздуху и падающей воде – присоединить еще одну новую силу. Этой новой силой, на действия которой с удивлением смотрят люди нашего столетия, является тепло». И далее Майер утверждает: «Тепло есть сила: оно может быть превращено в механический эффект». На современном языке это утверждение гласит: тепло есть энергия, оно может совершить механическую работу. Он подсчитывает работу локомотива, тянущего состав, и утверждает: «Действующая в локомотиве сила есть тепло».

В заключение своего анализа Майер останавливается на «химической силе». «Мир растений образует резервуар, в котором закрепляются и накопляются в целях их использования, быстро летящие солнечные лучи – источник экономических благ, с которым неразрывно связано физическое существование человеческого рода…». Он отвергает «жизненную силу» (теория витализма) и выявляет роль кислорода при поглощении пищи и выделении мышцами тепла при механической работе.

«Природа, - пишет Майер, - поставила перед собой задачу поймать на лету льющийся на Землю свет и накопить самую подвижную силу, приведя ее в неподвижное состояние. Для достижения этой цели она покрыла земную кору организмами, которые, живя, поглощают солнечный свет и при использовании этой силы порождают непрерывно возобновляющуюся сумму химических различий. Этими организмами являются растения».

Так Майер раскрыл космическую роль растений и выдвинул перед наукой проблему фотосинтеза. Недаром строки его книги, посвященные анализу превращений солнечной энергии в живых организмах, вдохновили великого русского ученого К.А. Тимирязева. (интеграция с биологией).

Это было бунтарство, вызов прежним взглядам, и Майер стал объектом бойкота по-старому мыслящих ученых.

Майер остро воспринимает непонимание и невнимание к его работам. Вскоре они перерастают в настоящую травлю. Майер, незадолго до того с достоинством проведший полемику с Джоулем о приоритете в открытии эквивалентности теплоты и живой силы в ее численном выражении, пытается покончить самоубийством, пытается покончить самоубийством, выпрыгнув из окна. Он остался жив, но вышел из больницы лишь через несколько месяцев.

Майер нашел в себе силы ответить врагам в брошюре «Замечания о механическом эквиваленте теплоты» (1851 г.), в котором подвел итог всей своей деятельности.

В биографии Майера, написанной известным физиком Оствальдом, сказано: «Нужно думать, что это защитительное сочинение было написано кровью Майера, окончательно исчерпав его силы». Действительно, вскоре после появления брошюры он попадает в частную психиатрическую клинику, а затем в казенную психиатрическую больницу с ужасным режимом. Обстановка была такой, что через два года, когда он вышел из больницы, уже ходили слухи о его смерти в сумасшедшем доме.

Майер вновь вернулся к научной работе, в 1874 году, незадолго до смерти ученого, вышло собрание его трудов по закону сохранения и превращения энергии под заглавием «Механика тепла». В1876 году вышли его последние сочинения «О торричеллиевой пустоте» и «Об освобождении сил». Майер умер 20 марта 1878 года.

Майер прожил трудную жизнь. Судьба этого незаурядного человека интересна не только научным потенциалом, но и поучительна драматизмом, жертвенностью во имя идеи. Пример этой жизни иллюстрирует, как трудно пробивает себе дорогу новое, как истине небезопасно выходить на поединок с укоренившимися заблуждениями, как почетна, но нелегка победа.


Джеймс Прескотт Джоуль (1818 -1889 г.г.)

 В сороковых годах ХIХ столетия английский физик Джеймс Прескотт Джоуль провёл серию экспериментальных исследований с целью выяснить, существует ли точное количественное соотношение между теплотой и механической энергией (значение эксперимента в теории физики).

В1843 Джоуль сформулировал вывод, что теплоту можно создавать с помощью механической работы. «Могучие силы природы… неразрушимы, и…во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получается точное эквивалентное количество теплоты». Он утверждает, что животная теплота возникает в результате химических превращений в организме и что сами химические реакции являются результатом действия химических сил, из «падения атомов».

Опыт Джоуля (1843 г.) по определению механического эквивалента теплоты .

При вращении вертушки, погруженной в жидкость, внешние силы совершают положительную работу (A' > 0); при этом жидкость из-за наличия сил внутреннего трения нагревается, т. е. увеличивается ее внутренняя энергия.


Джоуль показал себя искусным и вдумчивым экспериментатором. В работах 1845 г. и 1847 г. Джоуль описывает многочисленные опыты с перемешиванием воды в калориметре.

В его опытах было экспериментально показано, что внутренняя энергия является функций состояния, зависящей только от того, в каком состоянии находится термодинамическая система.

     Схема опыта Джоуля изображена на рисунке

(^ 1 - грузы, 2 - тросы, 3 - подвижные блоки, 4 - шкив, 5 - лопатка, 6 - теплоизолирующий сосуд, 7 – вода)

. Воду, находящуюся в сосуде с теплоизолированными стенками, перемешивалась лопатками, насаженными на деревянный, не проводящий теплоту стержень. В сосуде были установлены перегородки с прорезями, не позволявшими воде приобретать большую скорость вращения. Благодаря этому, вследствие сил внутреннего трения по окончании вращения лопаток потоки в воде быстро затухали, и она приходила в состояние термодинамического равновесия. Лопатки приводились во вращение равномерно падающим грузом. Когда груз опускался до конца, его снова поднимали, и опыт повторялся много раз подряд. Зная вес груза и высоту, на которую он опускался, можно вычислить произведенную им работу и приравнять ее к тому количества, которое получила вода.

В 1850 г. он произвел новые классические опыты, из которых нашел значение механического эквивалента равным 424 кгс*м/ккал (4,24 Дж/кал).

Джоуль умер 11 октября 1889 г., за пять лет до смерти третьего члена Германа Гельмгольца.


Герман Людвиг фердинанд Гельмгольц(1821 - 1894) был одним из самых знаменитых физиков второй половины XIX столетия, общепризнанным лидером физической науки. Научное развитие Гельмгольца происходило в благоприятной обстановке возросшего интереса к естествознанию. Уже в первом томе «Fortschritte der Physik in Jahre 1845», вышедшем в Берлине в 1847 г., был напечатан обзор, выполненный Гельмгольцем по теории физиологических тепловых явлений. 23 июля 1847 г он сделал на заседании Берлинского физического общества доклад «О сохранении силы». Подобно Майеру, Гельмгольц от физиологии перешел к закону сохранения энергии.

В отличие от своих предшественников он связывает закон с принципом невозможности вечного двигателя (perpetuum mobile).

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии.

История хранит немалое число проектов «вечного двигателя». В некоторых из них ошибки «изобретателя» очевидны, в других эти ошибки замаскированы сложной конструкцией прибора, и бывает очень непросто понять, почему эта машина не будет работать. Бесплодные попытки создания «вечного двигателя» продолжаются и в наше время. Все эти попытки обречены на неудачу, так как закон сохранения и превращения энергии «запрещает» получение работы без затраты энергии.

Какие бы идеи не использовали конструкторы, какой принцип действия вечного двигателя не применяют, порочный круг неудач повторяется – полезная работа всегда меньше затраченной. Ликвидация трения в механизме не превратила бы его в вечный двигатель, не спасла бы идею. «Вечный источник энергии должен работать сам по себе, не только подкармливая себя, но и работая на «хозяина». (5)

Гельмгольц считает принцип невозможности вечного двигателя тождественным принципу, что «все действия в природе можно свести на притягательные или отталкивательные силы». Материю Гельмгольц рассматривает как пассивную и неподвижную. Для того чтобы описать изменения, происходящие в мире, ее надо наделить силами как притягательными, так и отталкива-тельными. «..Явления природы, — пишет Гельмгольц, — должны быть сведены к движениям материи с неизменными движущими силами, которые зависят только от пространственных взаимоотношений». Мир, по Гельмгольцу, — это совокупность материальных точек, взаимодействующих друг с другом с центральными силами. Переходя к системе точек, Гельмгольц устанавливает общее положение: «Всегда сумма существующих в системе напряженных сил (потенциальная энергия) и живых сил(кинетическая энергия) постоянна». «В этой наиболее общей форме, — пишет Гельмгольц, — мы можем наш закон назвать принципом сохранения силы».

Сформулировав этот принцип, Гельмгольц рассматривает его применения в различных частных случаях. Он указывает, что сохранение живых сил уже применялось в таких случаях, как движения, происходящие под влиянием силы всемирного тяготения, в явлениях передачи движений при посредстве несжимаемых твердых и жидких тел, в движениях вполне упругих твердых и жидких тел. Останавливаясь, в частности, на явлениях интерференции волн, распространяющихся в упругой среде, Гельмгольц показывает, что при интерференции «не имеется никакого уничтожения живой силы, а лишь только иное распределение ее».

Разными путями шли открыватели закона сохранения и превращения энергии к его установлению. Майер, начав с медицинского наблюдения, сразу рассматривал его как глубокий всеобъемлющий закон и раскрывал цепь энергетических превращений от космоса до живого организма. Джоуль упорно и настойчиво измерял количественное соотношение теплоты и механической работы. Гельмгольц связал закон с исследованиями великих механиков XVIII в.

Идя разными путями, они наряду со многими другими современниками настойчиво боролись за утверждение и признание закона вопреки противодействию цеховых ученых. Борьба была нелегкой и порой принимала трагический характер, но она окончилась полной победой. Наука получила в свое распоряжение великий закон сохранения и превращения энергии.


Приложение 1. «Гипотезы тепловой смерти Вселенной».

152 года назад 33-летний профессор Кенигсбергского университета Герман Гельмгольц опубликовал статью «О сохранении природных сил», содержащую один из самых пессимистических прогнозов за всю историю науки. Он исходил из внешне простого постулата, сформулированного четырьмя годами ранее Рудольфом Клаузиусом: тепло никогда само по себе не переходит от холодного тела к нагретому (исторически это было первой формулировкой второго закона термодинамики). Гельмгольц пришел к выводу, что температуры различных участков космического пространства со временем сравняются и все макроскопические процессы навеки прекратятся. Это невеселое предсказание получило название «гипотезы тепловой смерти Вселенной».

Гипотезу тепловой смерти много раз опровергали, подтверждали и опять опровергали. Сегодня почти все космологи согласны, что наше мироздание возникло как резуль-тат Большого взрыва сверхмикроскопического (не более 10–33 см в поперечнике) пузырька первичной квантовой «пены», о природе которой мало что известно. Сначала размеры Вселенной удваивались примерно каждые 10–34 секунды (эта стадия называется инфляционной), но после одной-двух сотен таких единиц времени стали расти значительно медленней. После этого акта рождения прошло около 14 миллиардов лет, и все это время Вселенная непрерывно увеличивалась. Сначала материя отличалась высокой степенью однородности, а затем под действием гравитации стала стягиваться в упорядоченные космические структуры (звезды, галактики, скопления галактик, планеты). Расширяющаяся Вселенная не может перейти в термодинамически равновесное состояние с полностью выравненной температурой. Так что классическая модель тепловой смерти выглядит явно ошибочной. Но допустим, что в очень далеком будущем космос будет заполнен одним лишь электромагнитным излучением и одиночными стабильными частицами, значительно отдаленными друг от друга и не взаимодействующими друг с другом. Из-за разбухания Вселенной это излучение станет распределяться по все возрастающему объему и поэтому охлаждаться. Формально такое состояние (его принято называть космологической тепловой смертью) не тождественно прогнозу Гельмгольца, однако фактически сильно на него похоже. Многие сценарии эволюции расширяющейся Вселенной имеют именно такой финал. Так что по существу классик оказался прав (11).


Список литературы



  1. П.С. Кудрявцев Курс истории физики «Просвещение», 1982г.

  2. Ф.М. Дягилев Из истории физики и жизни ее творцов «Просвещение», 1986г.

  3. Л. Элиот, У. Уилкокс Физика «Наука», 1975

  4. П. Кемп, К. Армс Введение в биологию «Мир», 1988г.

  5. И. Радунская Великие ошибки «Московские учебники и картолитография», 2004г.

  6. С.В Позойский, И.В. Галузо История физики в вопросах и задачах «Вышэйшая школа», 2005г.

  7. ЕГЭ 2007 Физика (тренировочные задания) «Просвещение», 2007г.

  8. Н.П. Калашников, В.К. Тихонов Основы молекулярной физики и термодинамики РИЦ МГИУ, 2007г.

  9. А.И. Черноуцан Физика (учебное пособие) «Книжный дом», 2004г.

  10. http://nplit.ru "NPLit.Ru: Библиотека научно-популярной литературы"

  11. www.popularmechanics.ru



Заключение


Весь урок должен быть направлен на интеграцию предметов физики, биологии, математики, техники и физического эксперимента. Для достижения поставленной цели урока и активизация познавательной деятельности учащихся через интеграцию выше указанных предметов, в данной разработке в разделе «проверочная работа» (6,7,8,9) предлагается два варианта разноуровнеых задач, которые могут быть предложены учащимся по выбору учителя. Изложение учебного материала учителем может сопровождаться презентацией, которая прилагается к данной работе (приложение 3 - фрагменты презентации).

При обсуждении работ Майера целесообразно обсудить следующие вопросы (3,4):

  1. Пристли обнаружил, что мышь не гибнет в закрытом сосуде, если там находится живое растение. Что еще требуется в этих условиях для того, чтобы мышь осталась жива (солнечный свет).

  2. Какие длины волн необходимы для фотосинтеза растений, согласно экспериментам Энгельмана с водорослью спирогирой (красная и синяя области).

  3. Почему при фотосинтезе энергия падающего на лист солнечного света переходит в химическую энергию органических соединений с эффективностью всего около 1%? Какова судьба остальной энергии?

  4. Как используется энергия пищи(~ 28% энергии пищи превращается в мышечную энергию, а на что расходуется остальная энергия)?

  5. Некоторые тренеры дают бегунам на длинные дистанции перед соревнованиями сахар. Объясните, почему?

  6. Если ваш организм мог бы превратить всю энергию, заключающуюся в 100 г пирога с яблоками, в энергию ваших мускулов, то на какую высоту могли бы вы подняться в гору (энергетическая ценность 100 г яблочного пирога 538 ккал)?


Анализируя работы Гельмгольца, можно обсудить с учащимися гипотезу тепловой смерти Вселенной (интеграция с астрономией), которая была выдвинута ученым в статье «О сохранении природных сил» (11) (см. приложение1).


Отдавая должное заслугам Дж. Джоуля, как величайшего экспериментатора, имеет смысл обсудить задачи по его работам, предложенным в проверочной работе и презентации (приложение 3), а также предложить школьникам выполнить практическое задание на применение закона сохранения и превращения энергии, которое они могут предложить сами или воспользоваться приложением 2.

Проверочная работа

Энергия, работа и мощность.

Законы сохранения и превращения энергии.


Вариант 1.


1. При вертикальном подъеме груза массой 2 кг на высоту 1 м с помощью постоянной силы F была совершена работа 80 Дж. С каким ускорением поднимали груз?


2. Ящик массой 100 кг перемещают равномерно по горизонтальной поверхности на расстояние 50 м. Коэффициент трения 0,3. Веревка, с помощью которой тянут ящик, составляет с горизонтальной поверхностью угол 300 . Какая работа затрачивается на перемещение ящика?


^ 3. Кислород О2 массой 6 г при температуре 300С расширяется при постоянном давлении, увеличивая свой объем в два раза вследствие притока тепла извне. Найти работу расширения, изменение внутренней энергии и количество теплоты, сообщенное кислороду.


^ 4. Определить, с какой скоростью должна лететь капелька воды, чтобы при столкновении ее с такой же неподвижной каплей обе испарились. Начальная температура капель t0. Удельная теплоемкость воды С, удельная теплота парообразования воды L.


5. В результате экспериментов Дж. Джоуль пришел к выводу: «Количество тепла, способное увеличить температуру одного фунта воды на один градус Фаренгейта, равно и может быть превращено в механическую силу, которая в состоянии поднять 838 фунтов на высоту один фут». По этим данным определите найденный Джоулем механический эквивалент теплоты. (1 фут = 0,3048 м, 1 фунт = 0,4095 кг, по шкале Фаренгейта температура таяния льда 32 0F, а кипения воды 212 0F).


6. Генератор излучает импульсы сверхвысокой частоты с энергией в каждом импульсе 6 Дж. Частота повторения импульсов 700 Гц. КПД генератора 60%. Сколько литров воды в час надо пропускать через охлаждающую систему генератора, чтобы вода нагрелась не выше, чем на 100К? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг*0К .


Вариант 2.


^ 1. На воздушный шар на первых 10 метров подъема действовала неизменная сила Fа = 1000 Н и сила тяжести 950 Н. Чему равна кинетическая энергия шара на высоте 10 м?


2. Конькобежец, разогнавшись до скорости 27 км/ч, въезжает на ледяную гору. На какую высоту от начального уровня въедет конькобежец с разгона, если подъем горы составляет h = 0,5 м на каждые s = 10 м по горизонтали и коэффициент трения коньков о лед μ = 0,02.


3. Азот N2 массой 10 г при температуре -200С расширяется при постоянной температуре, изменяя давление от202 до 101 кПа. Определить работу расширения, изменение внутренней энергии и количество теплоты, сообщенное азоту.


^ 4. Газовая нагревательная колонка потребляет V0 = 1,8м3 метана (СН4) в час. Найти температуру воды, подогреваемой этой колонкой, если вытекающая струя имеет скорость v = 0,5 м/с. Диаметр струи d = 1 см, начальная температура воды и газа

t0 = 110С, удельная теплота сгорания метана L = 55 МДж/кг. Газ в трубе находится под давлением Р = 1,2 атм. К.п.д. нагревателя 60%.


5. Крыльчатка в опыте Дж. Джоуля вращалась с помощью двух опускающихся грузов по 14 кг каждый (см. рис 1). Грузы опускались приблизительно на 2 м, затем Джоуль вновь накручивал веревку и опускал грузы. В каждом опыте производилось 12 таких падений. Эффективная вода в калориметре составляла около 7 кг (сюда включалась и поправка на калориметр, крыльчатку и т.д.). Приняв, что коэффициент перехода между механической потенциальной энергией и теплотой составляет 4,2 Дж/кал, наитии возрастание температуры воды.


  1. ^ В микрокалориметр теплоемкостью С = 100 Дж/0К помещен образец радиоактивного кобальта с атомной массой А = 61. Масса образца 10 мг. При распаде одного ядра кобальта выделяется энергия 2*10-19 Дж. Через время t = 50 мин температура калориметра повысилась на ∆T= 0,06 0С. Чему равен период полураспада образца кобальта?



Приложение 2. Исследование механических колебаний


Оборудование: водяной манометр, линейка измерительная, секундомер, нить.


Цель работы: Рассчитать период малых колебаний столба воды в водяном манометре, используя для решения данной задачи закон сохранения энергии. Проверить расчет экспериментально.

Возможный вариант выполнения задания.

Рассчитать период колебаний воды в манометре. Для этого надо сделать рисунок. При изменении положения воды на величину х и выборе нулевого уровня отсчета запишем закон сохранения полной механической энергии системы


Е = Ек + Еп


Ек = mv2/2


Еп = mgx = ρVgx = ρSxgx = ρSgx2


Т.к. масса воды в манометре:


m = Sℓρ, где ℓ - длина водяного столба в манометре, которую можно измерить с помощью нити и линейки,

то Sℓρv2/2 + ρSgx2 = Е


Т.к. v =(x´), то (x´)2 + 2 gx2/ℓ = 2Е/ρSℓ = const


Е´ = 0

2 (x´´) + 4 gx/ℓ = 0


(x´´) + 2 gx/ℓ = 0


ω2 = 2g/ℓ


T = 2π√ ℓ/2g.

После расчета периода колебаний надо измерить период колебаний столба воды в манометре Тэ. Для этого необходимо возбудить колебания воды в манометре, дунув в одно из его колен, и определить время t, в течение которого совершается N колебаний водяного столба. Рассчитать Тэ по формуле:

Тэ = t/N

Сравнить значения периодов Т и Тэ, полученные теоретически и экспериментально.

Приложение 3. Фрагменты презентации к уроку.












ГОУ СОШ № 896 Журавлева О.Н.




Скачать 194,92 Kb.
оставить комментарий
Дата05.11.2011
Размер194,92 Kb.
ТипУрок, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх