Методика изучения тепловых явлений на основе строения вещества

Испарение жидкостей. Факторы, влияющие на скорость испарения

Кипение жидкостей. Удельная теплота парообразования

Решение задач по теме «Кипение жидкостей. Удельная теплота парообразования»

Тепловые двигатели. Коэффициент полезного действия

Двигатель внутреннего сгорания

Повторение и систематизация знаний по теме «Тепловые явления»

Контрольная работа 2 по теме «Тепловые я

вления»

Фронтальные лабораторные работы:

Сравнение количества теплоты при теплообмене.

Определение удельной теплоемкости вещества.

Экспериментальные исследования:

Исследование теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел.

Исследование скорости нагревания и охлаждения воды.

Изменение температуры льда в зависимости от времени при его плавлении.

Изучение процесса испарения жидкости.

Демонстрации, опыты, компьютерные модели:

Изменение внутренней энергии тел при совершении работы и при теплопередаче.

Теплопроводность твердых тел, жидкостей и газов.

Конвекция в жидкостях и газах.

Излучение и поглощение тепловой энергии телами с различными поверхностями.

Калориметр.

Плавление и кристаллизация твердого тела.

Охлаждение жидкости при испарении.

Зависимость скорости испарения жидкостей от температуры, площади свободной поверхности и наличия воздушных потоков.

Постоянство температуры кипения жидкости при постоянных внешних условиях.

Зависимость температуры кипения от внешнего давления.

Устройство и действие двигателя внутреннего сгорания (на модели).

Требования, предъявляемые к уровню подготовки учащихся по теме «Тепловые явления», учащиеся должны:

иметь представление: о значении явлений теплопередачи в повседневной жизни; о принципах работы двигателя внутреннего сгорания; о роли тепловых машин в жизни человека и об экологических аспектах их использования;

знать и понимать: смысл физических понятий (внутренняя энергия, теплопроводность, конвекция, излучение, количество теплоты, удельная теплоемкость, удельная теплота сгорания топлива, удельная теплота плавления, температура плавления, удельная теплота парообразования, температура кипения); способы изменения внутренней энергии;

уметь: описывать и объяснять на основе представлений о дискретном строении вещества изменения его внутренней энергии, различные виды теплопередачи, переход вещества из одного агрегатного состояния в другое;

владеть экспериментальными умениями: использовать физические приборы (термометр, калориметр) для определения физических величин: температуры, количества теплоты, удельной теплоемкости; выявлять эмпирические зависимости температуры от времени при различных процессах;

владеть практическими умениями: находить по таблицам значения удельной теплоемкости вещества, удельной теплоты сгорания топлива, удельной теплоты плавления, удельной теплоты парообразования; решать качественные, графические и расчетные задачи по определению количества теплоты в различных тепловых процессах, коэффициента полезного действия теплового двигателя с применением формул количества теплоты при нагревании, плавлении, парообразовании, сгорании топлива.

Методика изучения тепловых явлений

При изучении раздела «Тепловые явления» опираются на сведения из молекулярной физики, полученные учащимися в курсе физики 7 класса. Изложение материала всего раздела строится на использовании представлений о молекулярном строении вещества, но при этом широко используется и энергетический подход к объяснению многих тепловых явлений.

Анализ структуры и содержания раздела «Тепловые явления», показывает, что темы данного раздела включают систему понятий, формирование которых имеет важное мировоззренческое и политехническое значение. К ним относятся понятия о: 1) физическом явлении: плавление и отвердевание, испарение и конденсация, теплопроводность, конвекция, излучение, кипение; 2) физической величине: внутренняя энергия, температура, количество теплоты, удельная теплоемкость вещества, удельная теплота плавления, парообразования, сгорания, КПД теплового двигателя;

3) физическом законе: законы сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах, уравнение теплового баланса.

Анализ литературы по методике преподавания физике, в частности, по методике преподавания рассматриваемой темы, показывает, что при формировании у школьников многих сложных и абстрактных понятий нужно идти по пути самого широкого использования демонстрационного и лабораторного эксперимента, решения задач, привлечение примеров из жизни и быта, природы и производства.

Если исходить из проблемно-деятельностного подхода к формированию основных понятий темы, то рассматриваемые вопросы следуют излагать в одной теме, изменив ее структуру. На мой взгляд, она должна быть следующей:

1. Первоначальные понятия темы: тепловое движение, температура, внутренняя энергия, способы ее изменения.

2. Энергия топлива. Количество теплоты. Удельная теплоты сгорания.

3. Передача теплоты. Способы теплопередачи.

4. Экспериментальное исследование изменения состояния вещества при его нагревании и построение графика зависимости температуры от времени нагревания (от количества теплоты).

5. Удельная теплоемкость вещества. Расчет количества теплоты при нагревании (охлаждении).

6. Удельная теплота плавления. Расчет количества теплоты при плавлении.

7. Удельная теплота парообразования. Расчет количества теплоты при кипении.

8. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

9. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар.

10. Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели и их КПД.

Основные изменения в структуре: все тепловые процессы (нагревание – охлаждение, плавление – кристаллизация, парообразование - конденсация) изучаются одновременно сначала на уровне определения этих явлений и их графического изображения на уроке экспериментального исследования изменения состояния вещества при его нагревании, а затем каждый процесс рассматривается подробно, с установлением соответствующих формул расчета количества теплоты. Такая последовательность изучения материала позволяет осуществить:

1) более наглядное сопоставление тепловых процессов: нагревание, плавление, парообразования;

2) выполнение учащимися действий «Распознавание тепловых процессов» по графикам зависимости t°C (t мин) или t°C (Q) и «Воспроизведение формул (Q= cm(t2 - t1), Q=mλ, Q=mL)» на тех же графиках (см. дидактический материал в конце статьи).

3) Использование графического изображения тепловых процессов при выполнении лабораторных работ и решении задач по изучаемой теме.

Предлагается проводить серию опытов, которые демонстрируются как проблемные при введении новых для учащихся понятий: удельной теплоемкости, удельной теплоты плавления, удельной теплоты парообразования, удельной теплоты сгорания.

Для введения понятия удельной теплоёмкости вещества наливают в пробирки одинаковые массы воды и растительного масла. С помощью термопары (можно самодельной: нихром – медь) и зеркального гальванометра показывают, что первоначальная температура обеих жидкостей приблизительно одинакова. Затем обе пробирки помещают в предварительно нагретые пробирконагреаватели (или в стакан с горячей водой) и примерно через 1-2 минуты снова измеряют температуру воды и масла. Опыт показывает, что температура у них изменилась по-разному. Учащимся предлагается сделать вывод. В итоге обсуждения результатов опыта и вводится понятие удельной теплоемкости вещества.