Групповое задание, страница 289 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 6. Термодинамика. Вопросы и задачи к главе «термодинамика» - страница 289.

Условие.

Групповое задание

Разбейтесь на группы по три-четыре человека. Каждая группа должна составить в цвете «карту» темы «Термодинамика», в которой указаны основные «пункты» и связывающие их «дороги». При этом вся карта должна умещаться на развороте тетради или на листе формата А4. Эти карты вывешиваются в классе и методом голосования выбирают лучшую из них.

Решение.

Решение

Это групповое творческое задание, цель которого — систематизировать знания по теме «Термодинамика» в наглядной форме. Карта темы (или интеллект-карта, mind map) поможет вам увидеть связи между основными понятиями, законами и процессами. Вот пошаговый план по созданию такой карты.

Шаг 1: Планирование и распределение ролей

Соберитесь группой из 3-4 человек. Распределите роли, чтобы работа была эффективной. Например:

• Координатор/Исследователь: отвечает за поиск и проверку информации, составляет список основных понятий.
• Дизайнер/Художник: отвечает за визуальное оформление карты, подбор цветов, рисование схем и иконок.
• Секретарь/Редактор: аккуратно и грамотно записывает все определения и формулы на карту.

Выберите формат: разворот тетради или лист А4. Подготовьте цветные ручки, карандаши, маркеры.

Шаг 2: Определение центрального понятия и основных «пунктов»

В центре вашей карты разместите главное понятие: «Термодинамика». От него будут отходить основные ветви — ключевые разделы темы. Вот примерный список «пунктов», которые стоит включить:

1. Основные понятия
   • Термодинамическая система (изолированная, закрытая, открытая).
   • Параметры состояния (давление $\text{p}$, объем $\text{V}$, температура $\text{T}$).
   • Внутренняя энергия ($\text{U}$) — сумма кинетической энергии хаотического движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Для идеального одноатомного газа: $U = \frac{3}{2}\nu RT$.
   • Способы изменения внутренней энергии: совершение работы ($\text{A}$) и теплопередача ($\text{Q}$).
2. Первое начало термодинамики
   • Формулировка 1: Изменение внутренней энергии системы при переходе из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе. Формула: $\Delta U = Q + A_{внешн}$.
   • Формулировка 2: Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами. Формула: $Q = \Delta U + A_{газа}$. Важно указать, что $A_{газа} = -A_{внешн}$.
3. Изопроцессы в идеальном газе

   Это ключевая ветвь, где вы применяете первое начало термодинамики к конкретным процессам. Для каждого процесса укажите:

   • Изотермический процесс ($T = \text{const}$)
     • Закон Бойля-Мариотта: $pV = \text{const}$.
     • Первое начало: $\Delta U = 0$, следовательно, $Q = A_{газа}$ (вся переданная теплота идет на совершение работы).
     • График в координатах p(V) — гипербола.
   • Изобарный процесс ($p = \text{const}$)
     • Закон Гей-Люссака: $V/T = \text{const}$.
     • Первое начало: $Q = \Delta U + A_{газа}$.
     • Работа газа: $A_{газа} = p\Delta V$.
     • График в координатах p(V) — горизонтальная линия.
   • Изохорный процесс ($V = \text{const}$)
     • Закон Шарля: $p/T = \text{const}$.
     • Первое начало: $A_{газа} = 0$, следовательно, $Q = \Delta U$ (вся теплота идет на изменение внутренней энергии).
     • График в координатах p(V) — вертикальная линия.
   • Адиабатный процесс ($Q = 0$)
     • Процесс без теплообмена с окружающей средой.
     • Первое начало: $\Delta U = A_{внешн}$ или $A_{газа} = -\Delta U$ (работа совершается за счет убыли внутренней энергии).
     • График в координатах p(V) — адиабата (круче изотермы).
4. Второе начало термодинамики
   • Указывает на направленность процессов в природе (процессы необратимы).
   • Формулировка Клаузиуса: невозможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений.
   • Формулировка Кельвина: невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара.
5. Тепловые двигатели
   • Принцип работы: схема с нагревателем ($T_H$), рабочим телом и холодильником ($T_X$).
   • Коэффициент полезного действия (КПД): $\eta = \frac{A_{полезная}}{Q_H} = \frac{Q_H - |Q_X|}{Q_H} = 1 - \frac{|Q_X|}{Q_H}$.
   • Цикл Карно: идеальный цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.
   • Максимальный КПД (КПД идеального двигателя): $\eta_{max} = \frac{T_H - T_X}{T_H} = 1 - \frac{T_X}{T_H}$.

Шаг 3: Создание «дорог» и визуализация

Теперь соедините «пункты» логическими «дорогами» (линиями, стрелками).

• От «Первого начала термодинамики» проведите стрелки к каждому из изопроцессов, показывая, как общая формула применяется в частных случаях.
• Свяжите «Второе начало» с «Тепловыми двигателями», так как оно определяет предельный КПД.
• Используйте разные цвета для разных логических блоков. Например: зеленый для законов, синий для процессов, красный для формул, оранжевый для определений.
• Добавьте простые рисунки: поршень под давлением для иллюстрации работы газа, термометр для температуры, огонь для нагревателя.
• Располагайте информацию так, чтобы карта читалась легко, например, по часовой стрелке от центра.

Главная задача — не просто перечислить факты, а показать их взаимосвязь. Ваша карта должна быть не только информативной, но и красивой, понятной и запоминающейся.

Ответ:

Для выполнения задания необходимо создать цветную интеллект-карту (mind map) на тему «Термодинамика» на листе А4 или развороте тетради. В центре карты располагается основное понятие — «Термодинамика». От центра отходят основные ветви, представляющие ключевые разделы темы: «Основные понятия» (внутренняя энергия, работа, теплота), «Первое начало термодинамики», «Изопроцессы» (изотермический, изобарный, изохорный, адиабатный), «Второе начало термодинамики» и «Тепловые двигатели». Каждая ветвь детализируется соответствующими определениями, законами, формулами (например, $Q = \Delta U + A_{газа}$ для первого начала, $pV = \text{const}$ для изотермического процесса, $\eta_{max} = 1 - \frac{T_X}{T_H}$ для КПД идеального двигателя) и графиками. Все элементы карты должны быть логически связаны стрелками и линиями («дорогами»), а для наглядности следует использовать разные цвета и простые иллюстрации. Готовая карта представляет собой структурированную визуальную схему всей темы.