Методика изучения тепловых явлений на основе строения вещества

Аналогичным образом водится понятие удельной теплоты плавления. Для проведения опыта по сравнению удельной теплоты льда и гипосульфита необходимо взять одинаковое количество льда (при 0°C) и гипосульфита (при 48°C), предварительно нагретых до температуры плавления. Затем пробирку со льдом и гипосульфитом одновременно помещаем в стакан с нагретой водой. Лед в стакан с водой при температуре t1, а

гипосульфит при температуре t2=t1+48°C. (Чтобы сообщить им одинаковое количество теплоты). Через некоторое время замечают, что гипосульфит расплавился, а лед еще нет. На основе этого опыта учащиеся делают вывод о том, что для плавления одинаковых количеств льда и гипосульфита, взятых при температуре плавления, требуется разное количество теплоты, таким образом, вводится понятие об удельной теплоте плавления. (Целесообразно опыт проводить как лабораторный).

Для демонстрации различной теплоты парообразования воды и спирта равное их количество наливают в пробирки, каждую из них доводят до температуры кипения, а затем помещают в предварительно нагретые пробирконагреаватели. Замечают, что спирт испаряется гораздо быстрее. В результате обсуждения этих опытов учащиеся приходят к выводу о том, что для превращения спирта в пар требуется меньшее количество теплоты, чем для такого превращения воды. Таким образом, приходят к понятию удельной теплоты парообразования.

Для введения понятия удельной теплоты сгорания уравновешивают на весах одинаковое количество сухого спирта и спичек. Укладывают их под небольшими колбами с одинаковым количеством воды, укрепленным на штативе на одинаковой высоте, и поджигают. Вода в колбе над горящим спиртом быстро закипает, а над спичками едва начинает нагреваться. Учащиеся наглядно видят, что при сгорании одинакового количества сухого спирта и спичек выделяется разное количество теплоты, обсуждение результатов опыта позволяет ввести понятие удельной теплоты сгорания.

Для формирования понятий удельной теплоемкости и удельной теплоты плавления можно предложить и следующие эффективные проблемные ситуации: установить, достаточно ли имеющегося куска спирта для а) нагревания воды в колбе до кипения, б) полного расплавления куска льда. Выслушав предложения учащихся, намечают план решения проблемы (необходимое оборудование выставляется на демонстрационном столе, но задачу следует решать в общем виде и использовать сравнительные вычисления).

1. Налить в колбочку воды с помощью мензурки и измерить ее первоначальную температуру t1.

2. Найти массу маленького кусочка спирта ( ) и нагреть им воду в колбочке до полного сгорания, затем измерить температуру нагретой воды ().

3. Найти отношение количества теплоты, выделенное при сгорании спирта к массе воды и изменению температуры, т.е.

4. Убедиться на опыте, что отношение не зависит от массы воды.

Для этого, таким же количеством спирта нагреть в колбочке воду массой в 2 раза большей

5. Сформулировать определение удельной теплоемкости, установить единицы измерения. Найти теплоемкость воды по таблице.

6. Записать формулу количества теплоты для нагревания воды.

7. Записать формулу количества теплоты, которое выделится при сгорании спирта.

8. Сравнить Q и сделать вывод.

Выделить, что для решения проблемы а) потребовалось ввести новую физическую величину - удельную теплоёмкость. Еще раз обратиться к таблице удельных теплоемкостей, пояснив ее физический смысл и выполнить несколько упражнений.

Аналогично, может быть решена проблема б) но она значительно проще.

Следует иметь в виду, что в настоящее время выпускается лабораторное оборудование «Микро», индикаторы которой соединяются с компьютером и, следовательно, результаты опытов можно выводить на мониторе.

В заключении отметить, что при изучении темы учащиеся выполняют две лабораторные работы:

1. Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры;

2. Измерение удельной теплоёмкости твёрдого тела.

Эти работы доступны учащимся, в большинстве школ имеется оборудование для их выполнения.

При решении задач на определение КПД следует различать:

a) коэффициент полезного действия тепловой установки;

b) коэффициент полезного действия теплового двигателя.

Задачу типа а) желательно решить, как экспериментальную.

В общем, изучение темы интересно для учащихся, если учитель показывает достаточное количество опытов, организует проведение самостоятельных работ по дидактическим материалам. Очень нравятся учащимся опыты по теплопроводности, конвекции (с вертушками), лучеиспусканию, например, со сферическими зеркалами (смотрите рис. 13).

Рисунок 13 – Сферические зеркала

1–Сферическое зеркало; 2–Лампа накаливания 300–500 Вт; 3–Лапка штатива для закрепления; 4–Спички. Лампа накаливания (желательно с плоским волоском) устанавливается в фокусе одного зеркала, а в фокусе другого пучок спичек. Приборы устанавливают таким образом, чтобы пучок света, отраженного от сферических зеркал, сфокусировался на головках спичек. Через несколько секунд спички вспыхивают.

Дидактический материал для:

а) "распознавания" тепловых процессов по графикам,

б) "воспроизведения" формул количества теплоты на графиках.

Таблица №2– Распознавание тепловых процессов

Урок изучения нового материала по теме «Виды теплопередачи»

Тема: Виды теплопередачи

Тип урока: урок изучение нового материала

Цели:

Образовательная - формирование понятий о теплопередачи, о значении теплопередачи в природе и технике, формирование умений по проведению и объяснению результатов физических опытов.

Развивающая – развивать умение ясно выражать свои мысли, формулировать гипотезу.

Воспитательная - умение анализировать свою деятельность и деятельность своих товарищей, формирование способностей в принятии совместного решения.

Оборудование и приборы: штатив, медная проволока, спиртовка, маленькие гвоздики, стакан, чайная ложка, вода, холодная и горячая, колба, кристаллики марганцовки.

Ход урока:

На уроке реализуется схема: вызов – осмысление – рефлексия.

Организационный момент:

Для концентрации внимания проводится разминка “Карманное письмо”. Учащимся предлагается описать ту вещь, которая оказалась у него в кармане пиджака, портфеля. Пояснить, почему она там оказалась. Эта разминка способствует концентрации внимания учащихся.

Стадия вызова:

Работа в группах по 7-8 человек. Группы получают карточку (карточка №1).

Учитель: Обсудите в группе ответы на указанные вопросы. Подготовьте общий ответ.

Карточка №1

1. Что происходит при контакте тел с разной температурой?

2. Сколько существует способов изменения внутренней энергии?

3. Докажите на опыте, что оба способа дают один и тот же результат.

4. На штативе закреплена медная проволока, на которой с помощью воска прикреплены гвоздики. Свободный конец проволоки нагревают с помощью спиртовки. Что будет происходить? К какому способу изменения внутренней энергии вы отнесёте данный опыт.