Методические особенности темы «Законы термодинамики. Тепловые двигатели» с применением компьютерных технологий

обучение физика компьютерный информационный

Раздел школьного курса физики "Термодинамика и молекулярная физика" ставит своей целью воспитание физического мышления учащихся на основе ознакомления с методами теоретического исследования, применяемыми физикой. Общеизвестно, что метод преподавания того или иного раздела может считаться обоснованным, если он при прочих равных условиях не противоречит методу исследования, применяемому в науке. Это утверждение - один из принципов, на основе которого строится логика построения и изложения учебного материала.

В данном курсе на примере термодинамики и молекулярной физики учащиеся знакомятся с двумя методами построения физической теории - с методом принципов и методом модельных гипотез. Термодинамика служит образцом применения метода принципов, молекулярно-кинетическая теория строится на основе гипотез, задающих модель молекулярной системы. Изучение этих взаимно дополняющих теорий в одном курсе способствует глубокому пониманию как самих теорий, так и закономерностей теплового движения.

Опытные наблюдения, на которые опирается изложение термодинамики, кажутся очевидными и хорошо известны из практического опыта и повседневной жизни. А. Эйнштейн так выразил свое отношение к термодинамике: "Теория производит тем большее впечатление, чем проще ее посылки, чем различнее явления, между которыми она устанавливает связь, чем обширнее область ее применения. Отсюда глубокое впечатление, которое произвела на меня термодинамика. Она - единственная физическая теория универсального содержания, относительно которой я убежден, что в пределах применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута".

Термодинамика, как и любая теория, состоит из двух частей. Первую часть составляют основные понятия, первое и второе начала, а также ряд опытных данных (уравнение состояния). Понятия, принципы и используемые опытные данные составляют основание термодинамики как теоретической системы. Вторая часть этой теории представляет собой систему логических и математических выводов о свойствах изучаемых тел, систему следствий, вытекающих из основных принципов.

Исходя из структуры рассматриваемой теории, прежде всего, следует строго и полно определить такие понятия как термодинамическая система, параметры состояния, равновесное состояние, уравнение состояния и процесс. Должны быть уточнены условия, позволяющие графическое изображение процесса. Имеет смысл ввести представление о квазистатическом процессе, процессе релаксации и времени релаксации. Следует определить понятие циклического процесса.

Отметим, что, вводя представление о термодинамической системе, одновременно нужно определить понятие "внешние тела", как тела, не включенные в систему, выделенную для исследования. Без этого не может быть применено первое начало: работа и количество теплоты оцениваются на границах системы, поскольку определяются энергией, переходящей через границу. Важно для дальнейшего рассмотрения ввести понятие изолированной системы.

Хорошо известно, что наибольшую трудность в рассматриваемом разделе вызывает введение понятия температуры. Поэтому имеет смысл вводить это понятие постепенно, последовательно раскрывая его содержание.

На первом этапе следует обобщить наблюдаемые в окружающем мире явления, свидетельствующие о существовании более или менее нагретых тел, о том, что более нагретые тела при контакте с менее нагретыми охлаждаются, а менее нагретые, напротив, нагреваются, причем существенно, что этот процесс не зависит от внешних параметров, например, от объема. Особенно важно подчеркнуть, что с течением времени между телами, состояние которых характеризуется разной степенью нагретости, устанавливается равновесие, которое без изменения внешних условий может сохраняться неограниченно долго.

Опыт свидетельствует, что если два тела порознь находятся в равновесии с третьим телом, то они находятся в равновесии и между собой. Обобщая все опытные наблюдения, можно придти к заключению, что состояние системы определяется не только внешними условиями, но и внутренним свойством системы, которое проявляется как степень ее нагретости. Это свойство и принято называть температурой. На этом первом этапе особо важно подчеркнуть, что температура вводится как параметр, определяющий состояние системы.

Следующий шаг в усвоении понятия температуры должен быть связан с ее экспериментальным определением и описанием приборов, которые позволяют это сделать.

Поучительно в связи с этим вспомнить высказывание Томсона, который утверждал, что "если вы можете измерить и выразить в числах то, о чем говорите, - вы знаете это; но если вы не можете измерить, если не можете выразить числами, - ваши знания скудны и недостаточны".

Подробно о педагогике:

Физкультурно-оздоровительная работа в режиме дня
Физкультурно-оздоровительная работа в режиме учебного дня является неотъемлемой частью физического воспитания школьников Основные ее формы органично вписываются в режим обучения и воспитания учащихся. Гимнастика до учебных занятий Каждый школьный день необходимо начинать с комплекса гимнастических ...

ТРИЗ и образовательная сфера
Темпы развития современной цивилизации, в отличие от древних времен и средневековья, очень высоки. Человечеству приходится за единицу времени решать гораздо больше проблемных задач, чем раньше. А вслед за каждой решенной проблемной задачей появляются новые, которые также нужно решать. Решение пробл ...

Семейное воспитание и его формы по А.С. Макаренко
Семейное воспитание - это осознанные усилия взрослых по взращиванию ребенка, которые направлены на то, чтобы младшие соответствовали имеющимся у старших представлениям о том, каким должен быть ребенок, подросток, юноша или девушка. Одновременно семейное воспитание рассматривается как составная част ...