Моделі уроків з фізики. 8 клас. Тема "Теплові явища"

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника

Г.Й. Лозяк МОДЕЛІ УРОКІВ З ФІЗИКИ.

8 КЛАС. ТЕМА «ТЕПЛОВІ ЯВИЩА»

Івано-Франківськ 2011

УДК 37.011.31:371.133 ББК 74.262.23 Л-83 Рекомендовано до друку та схвалено науково-методичною радою обласного інституту післядипломної педагогічної освіти (протокол №1 від 15.03.2011року). Рецензенти: кандидат фізико-математичних наук, доцент В.В. Прокопів; кандидат фізико-математичних наук, доцент М.І. Бігун.

Лозяк Г.Й. Л-83 Моделі уроків з фізики. 8 клас. Тема «Теплові явища»: методичний посібник / Г.Й.Лозяк. За заг.ред. професора Д.М. Фреїка – Івано-Франківськ: – 2011. – 148 с. Цей посібник включає моделі уроків з дотриманням навчальної програми курсу фізики за 8 клас, в яких реалізується особостісноорієнтовний підхід до навчання учнів. Кожний урок структуризований з висвітленням теми, мети та методичних рекомендацій щодо його проведення. Основні фізичні поняття вводяться в сумісній діяльності вчителя і учня в процесі розв’язання ключових задач. Підібрані завдання з удосконалення вмінь та навичок сприяють розвитку пізнавальних інтересів учнів. Моделі уроків допоможуть в плануванні та організації навчальновиховної роботи з фізики у 8 класі. Посібник призначений для вчителів фізики і студентів вищих педагогічних закладів освіти.

УДК 37.011.31:371.133 ББК 74.262.23 © Лозяк Г.Й., 2011

2

ПЕРЕДМОВА Я вдячна, читачу, тобі, що ти взяв до рук цю невеличку книжечку. Очевидно твоє серце палає любов’ю до допитливих очей маленьких та дорослих чомучок. Відкрий першу сторінку, і ти відчуєш бажання автора полегшити твою працю на теренах вічно молодої професії Вчителя. Автор впевнена, що ти творча особа, але зробити свій перший крок допоможуть тобі моделі уроків, які представлені в методичному посібнику. На прикладах системи уроків з теми «Теплові явища» показані форми і методи роботи з класом, що дозволяє активізувати пізнавальну діяльність учнів і підвищити інтерес до теми, що вивчається. Лабораторні роботи, що містяться в посібнику, базуються на використанні учнями друкованої основи (Зошит для лабораторних робіт. Ф.Я.Божинова, О.О.Кірюхіна. – Х.: Веста: Видавництво «Ранок»). Головна мета автора полягає у формуванні в учня загальної здібності «вміння вчитися», яка дозволяє в майбутньому самостійно оволодівати будь-якими знаннями. А це означає, що учень повинен відчути (або сам запропонувати, створити) проблему уроку, за допомогою власного досвіду та з почерпнутої додаткової інформації накреслити шлях розв’язання проблеми. Ти,

читачу,

можеш

ознайомитися

з

досвідом

застосування

дидактичних ігор на уроках фізики. З метою кращого сприйняття виклад навчального матеріалу ілюстровано. Щиро бажаю успіхів в оволодінні педагогічною майстерністю.

3

УРОК 1 Тема. Тепловий стан і температура. Вимірювання температури. Мета. Формувати поняття теплового стану тіла. На прикладах з’ясувати ступінь нагрітості тіл, розглянути способи оцінювання теплового стану тіл (за відчуттями, за приладами). Ввести поняття температури як кількісної міри ступеня нагрітості тіла. Ознайомити з приладами для вимірювання температури – термометрами. З’ясувати напрям передавання теплоти, стан теплової рівноваги. Розвивати логічне мислення культуру записів, формувати інтерес до історії фізики. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційний момент 1. Вимоги та завдання, які стоять перед учнями при вивченні фізики у 8 класі. Навіщо вчитися, зокрема, вчити фізику? Фізика найлогічніша з наук. Не досить лише читати параграфи, відповідати на конкретні питання після параграфа, заучувати. Треба розуміти, розв’язувати задачі, спостерігати і осмислювати навколишній світ, бо науково – природничі знання є способом самоосмислення людиною себе і свого місця в сучасному світі і суспільстві.

2. Ознайомлення зі структурою підручника. ІІ. Вивчення нового матеріалу Базуючись на вивченому раніше та життєвому досвіді учнів, вчитель, шляхом діалогу(фронтальної співбесіди), акцентує увагу на питаннях, які є підґрунтям для вивчення нового матеріалу. Повторення Спостереження Всі наші знання про природу розпочинаються із джерело знань спостережень, тобто спостереження є головним джерелом знань. В свою чергу спостереження є цілеспрямоване і спеціально організоване сприймання предметів та явищ природи. Означення Фізика вивчає фізичні явища, тобто будь-які фізичного явища зміни в природі. Класифікація Фізичні явища поділяються на механічні, фізичних явищ теплові, магнітні, електричні, оптичні, звукові, бо вони відбуваються за однакових причин або мають спільні суттєві ознаки. Наприклад, механічні явища: біг людини, політ м’яча, переміщення зір на небосхилі. Вони мають 4

спільну ознаку: зміну з часом свого положення відносно інших тіл у просторі. Усе життя супроводжують нас і теплові Нова інформація Приклади теплових явища. явищ Головним джерелом тепла на Землі є Сонце. Воно розтоплює навесні сніг, випаровує калюжі. З ним пов’язана зміна пір року. Від нього залежить холодним чи теплим буде день. Більшість інших джерел тепла так чи інакше пов’язані з Сонцем: вугілля, нафта, газ зберігають в собі накопичене протягом мільйонів років тепло сонячних променів. Вітер зобов’язаний своєю діяльністю променям Сонця. Вчені вважають, що використання сонячних променів безпосередньо вигідніше, ніж використання навіть атомної енергії. У країнах, де багато сонячних днів, вже діє обладнання, яке, використовуючи сонячне тепло, плавить метали, нагріває воду, виробляє електричний струм. З тепловими явищами стикаємося, коли запалюємо свічку чи вогнище, готуємо їжу, виплавляємо сталь, коли відбувається виверження вулканів чи запуск космічних ракет. Означення Таким чином, ми говоримо про фізичні явища, теплових явищ об’єднані однією ознакою: лежать в основі життя людини, роботи теплових машин і є однією з основних умов біологічних процесів. Ці явища називаються тепловими. Історична довідка Що ж таке тепло? Не так давно (більше 250 років тому) люди вважали, що теплота – це невидима рідина, яка може перетікати з одного тіла в інше. Але якщо так вважати, то нагріте і холодне тіло повинно мати різну масу. Гарячі тіла більшу масу, а холодні – меншу, бо від гарячих тіл йде тепло. Проте можна зважити на терезах холодний і гарячий брусок і різниці у масі не спостерігатимемо. (Приклад з морозивом: заморожене і розтоплене має одну і ту ж масу). Звідки ж береться тепло? Першим на це запитання дав відповідь американський інженер, політик, природознавець Бенджамін Томпсон (проф. Румфорд).

5

Висновок Броунівський рух

Висновок Означення теплового руху Тепловий стан тіла

Способи зміни теплового стану

Працюючи над удосконаленням гармат того часу, він запропонував свердлити невеликі отвори у гарматному стволі. При цьому свердла швидко нагрівались і ламались. Румфорд здогадався, що нагрівання сталося в результаті тертя. Отже, виникнення теплоти пов’язане із внутрішніми процесами в тілі, а саме: зі швидкістю руху молекул (частинок, з яких складаються тіла). Гемфрі Деві провів простий дослід, який підтвердив відкриття Румфорда. Холодного зимового вечора 1795р. він тертям двох шматків льоду перетворив їх на воду. Теплота, яка перетворила лід на воду, виникла внаслідок тертя. Отже, тертя веде до збільшення температури У 1827р. англійський ботанік Роберт Броун розглядав у мікроскоп квітковий пилок, що був насипаний на воду. Він побачив рух цих дуже маленьких частинок, в якому не було ніякого порядку. Цей рух не припинявся ніколи. Під час охолодження часточки рухались повільніше, під час нагрівання швидкість їх набагато зростала. Пізніше з’ясували, що рух пилинок виникає від поштовхів невидимих оку молекул води. Чим більша швидкість молекул води, тим більша швидкість руху пилинок. Такий хаотичний рух називається броунівським. І навпаки, чим швидше рухаються молекули води, тим швидше рухаються пилинки, тим більше теплоти має ця система. Таким чином, теплота є результатом руху молекул. Безладний рух частинок, з яких складається тіло, називається тепловим. Говорять, що кожне тіло знаходиться в тепловому стані. Тепловий стан тіла можна змінити. Перший спосіб – внаслідок тертя двох (чи більше) тіл. Але той самий лід можна нагріти в посудині і він розтане, перетвориться у воду; воду нагріти і вона випаровуватиметься, утворюючи пару. Тобто змінюються агрегатні стани речовини.

– Чи змінюється тепловий стан тіла?

6

Відносність відчуттів людини

Фронтальний дослід

Висновок

Теплова рівновага тіл

Так. Внаслідок передачі тепла. І це є другий спосіб зміни теплового стану тіла.

– Як ми відчуваємо зміни теплового стану тіла? Зір, слух, дотик, нюх, смак – це приклади надзвичайних здатностей людини сприймати світ. Ці здатності називаються відчуттями. Однак органи відчуття не завжди дають правильну інформацію про об’єкт в силу своєї недосконалості. Наприклад, проведемо фронтальний дослід з водою різної температури. Перед вами три склянки з холодною, гарячою, теплою водою. Потримайте одну руку в гарячій, а другу – в холодній воді. Далі швидко опустіть дві руки в теплу воду. Для холодної руки – тепло, для гарячої руки – холодно в одній і тій же теплій воді. Отже, за відчуттями тепловий стан тіл можна оцінювати лише приблизно, характеризуючи словами “теплий”, “холодний”, “гарячий”. Щоб кількісно визначити тепловий стан тіл; треба знати міру ступеня нагрітості тіла. Іншими словами, температуру. З життєвого досвіду нам відомо, що у природі плин теплових процесів відбувається за певними законами (певним чином, незалежно від нас). Наприклад, 1) гарячий чайник стоїть на столі. Він віддає тепло оточуючому середовищу. Чайник з водою остигає, повітря в кімнаті нагрівається. Поступово теплові стани цих тіл будуть однакові.

2) Якщо у холодильник поставити склянку гарячого молока, то вона остигне, а тепловий стан її буде такий самий, як повітря в холодильнику. Таким чином, теплові явища і процеси завжди відбуваються так, що більш нагріті тіла віддають тепло, остигаючи при цьому; менш нагріті тіла отримують його і нагріваються. Про тіла у однакових теплових станах говорять, що вони перебувають у стані теплової рівноваги. Теплова рівновага – це стан, коли у тілах, що перебувають у тепловому контакті, встановлюється спільна для їх частинок (молекул, атомів, іонів) середня швидкість хаотичного руху, а тіла набувають однокового ступеня нагрітості.

7

Температура

ступінь нагрітості тіла міра середньої кінетичної енергії поступального хаотичного руху частинок тіла Температура характеристика інтенсивності їх теплового руху характеристика внутрішнього стану тіла (незалежно від маси та хімічного складу). Що лежить в основі В основі вимірювання температур лежить вимірювання функціональна залежність певної властивості тіл температури від температури і побудова за нею температурної шкали. Наприклад, в основу дії рідинних термометрів покладена залежність об’єму рідини від температури. При нагріванні (охолодженні) рідина розширюється (стискається) і по капілярній трубці піднімається вгору (опускається вниз). Сама трубка і резервуар має мати дуже малий коефіцієнт об’ємного розширення, щоб похибка вимірювання температури була мала. Термометр Прилад, за допомогою якого вимірюють температуру, називається термометром. Принцип дії Принцип дії термометра ґрунтується на тому, термометра що колбочка контактує з тілом, температуру якого вимірюють. З часом між ними встановлюється теплова рівновага і їх температури вирівнюються. Таким чином, термометр фіксує температуру тіла. Різновиди Існує велика кількість різних термометрів. термометрів Спеціальними термометрами вимірюють температуру води в річках, температуру повітря на вулиці, і в приміщеннях. Термометри для вимірювання високих температур мають бути ртутними, оскільки температура кипіння ртуті +357°С, а замерзання -39°С. В інших випадках використовують спиртові термометри. Температура замерзання спирту -112°С, кипіння +78°С. Медичним термометром вимірюють температуру тіла людини. Оскільки температура тіла здорової людини 36,6°С, а температуру вищу за 42°С організм людини не витримує тривалий час, то шкала медичного термометра має поділки від 34°С до 42°С.

8

Історія з термометром Галілея

Перший термометр виготовив 1586р. видатний італійський вчений Галілео Галілей. Він складався з скляного балона з трубкою, опущеною відкритим кінцем у рідину. В балоні є повітря під тиском, трохи меншим від атмосферного. Температура визначається за положенням рівня води у трубці. Цей приклад був недостатньо точним. З термометром Галілея сталася така кумедна історія. Відомо, що Галілей наповнював винайдені ним термометри не ртуттю і не спиртом, а вином. Якось один із таких приладів великий італієць надіслав своєму другові – вченому в Англію. Разом із термометром він послав записку, в якій описав призначення приладу. В дорозі записка, мабуть, загубилася, а можливо, друг Галілея не зрозумів її змісту. Через деякий час Галілей одержав таку відповідь: “Вино було справді чудове. Будь-ласка, надішліть мені ще один такий прилад”. повітряний термоскоп

Одиниці вимірювання температури Історична довідка про шкалу Цельсія

Кожний термометр має шкалу проградуйовану в одиницях вимірювання температури. Такою одиницею є градус. В 1665р. голландський фізик Х.Гюйгенс разом з англійським фізиком Р.Гуком вперше запропонували використати як точки відліку температурної шкали точки танення льоду і кипіння води. Фізик Даніель Фаренгейт 1709 року виготовив спиртовий термометр, а 1724 року – ртутний. Систему відліку в градусах за Фаренгейтом (  F ) використовують в США і в деяких інших країнах. Ідеєю Гюйгенса і Гука скористався наприкінці 1741 року астроном Упсальської (Швеція) обсерваторії Андерс Цельсій (1701-1744). Він 9

Шкала Кельвіна

Співвідношення між шкалами

виготовив для потреб обсерваторії свій термометр, обладнавши його 100-градусною шкалою: нульова точка відповідала точці кипіння води, а 100 – точці танення льоду. Свій термометр він описав у статті “Дві сталі точки термометра”, вміщеній у працях стокгольмської академії наук (1742р.). Невдовзі після смерті А.Цельсія (1774р.) його наступник Мортен Штремер замінив шкалу термометра Цельсія “перевернутою”: тепер нуль відповідав точці танення льоду, а 100 – точці кипіння води. Цей термометр Штремера виявився зручнішим і тому в 18 ст. дістав широке застосування під назвою “шведського термометра”. У самій Швеції її називали термометром Штремера. Видатний швейцарський хімік Йенс-Якоб Берцеліус (1779-1848) у 3-й частині свого “Посібника з хімії” помилково назвав шкалу М.Штремера цельсієвою. З того часу стоградусну температурну шкалу в країнах світу почали називати ім’ям Цельсія. Науковці використовують шкалу відліку температури, яку в 1848р. запропонував англійський фізик лорд Кельвін. (В.Томсон). Початком цієї шкали є температура, за якої припиняється тепловий рух молекул. Такий стан відповідає температурі – 273,16 C . Порівнюючи шкали Цельсія і Кельвіна, бачимо, що розмір градуса Кельвіна рівний розміру градуса Цельсія: 1C  1 K , тобто 0 C відповідає 273  K

10

Історична довідка

100 C  373  K Таким чином, 100 C  100 K , тобто t  T  T0 , де t – температура за шкалою Цельсія T – температура, що відповідає 100 C  373K  T0 – температура, що відповідає 273K Тоді T  t  T0 , T  t  273K – формула зв’язку між шкалами Кельвіна і Цельсія. За Міжнародною системою одиниць (СІ) основною одиницею температури визнано Кельвін. У житті Томсона була така історія У 1892 В. Томсону було надано звання лорда. Він вибрав собі прізвище Кельвіна. За назвою маленької річки, яка протікала в Глазго біля університетських приміщень. Його нове ім’я викликало чимало непорозумінь. Один видатний електрик писав: “Якийсь Кельвін почав претендувати на гальванометр, який як відомо усьому світу, винайдений В. Томсоном”.

ІІІ. Домашнє завдання § згідно підручника. Обгрунтувати дослід: на дерев’яну дощечку покласти монету, натиснути на неї пальцями і протягом 10-15 с швидко рухати монету вперед-назад. Спостерігати за змінами.

УРОК 2 Тема. Залежність лінійних розмірів та об’єму тіл від температури. Мета. На дослідах встановити залежність об’єму рідин та лінійних розмірів тіл від температури, дати її кількісну характеристику. З’ясувати фізичний зміст коефіцієнта об’ємного та лінійного розширення. Звернути увагу на специфіку поводження води при зміні температури. Розвивати вміння розв’язувати задачі з теми. Формувати навички роботи з підручником, довідковою літературою. Тип уроку. Урок комбінований. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань 1) Перевірка виконання досліду про натирання монетою дощечки 2) Індивідуальне усне опитування: – що таке тепловий стан тіла і як його можна визначити?

11

– за яким законом відбувається плин теплових процесів?

– будова і принцип дії рідинного термометра.

3) З метою викликати інтерес учнів до вивчення фізики пропонується записати у стовпчик слова, які починаються з букви «Т»(В іншому варіанті можна запропонувати учням дати відповіді на запитання, які вчитель або зачитує, або запитання записані на дошці, або запитання записані на аркуші і знаходяться в учнів на парті. Відповіді на запитання записуються в зошиті у стовпчик) 1. Величина, що характеризує ступінь нагрітості тіл. (Температура).

2. Прилад для вимірювання температури (Термометр).

3. Безладний рух частинок, з яких складається тіло (Тепловий).

4. Стан набуття тілами однакового ступеня нагрітості (Теплова рівновага.)

5.Фізичні явища, які лежать в основі життя людини (Теплові явища).

6. Автор шкали відліку температури, початок якої відповідає о 273 С (Томсон).

1 2 3 4 5 6

Т Е Т Е Т Е Т Е Т Е Т О

М Р П П П М

П М Л Л Л С

Е О О О О О

Р М В В В Н

А Т У Е Т Р И Й А І

Р А

ІІІ. Вивчення нового матеріалу Дії вчителя Дії учня Проблемне запитання 1. Чому Очікувана відповідь. ми медичним термометром можемо Термометр з часом перебуває в вимірювати температуру тіла тепловій рівновазі з тілом. Ртуть людини? нагрівається і рухається вздовж капілярної трубки термометра. Проблемне запитання 2. Чому Гіпотези учнів ртуть рухається вздовж трубки? Звернення до досліду 1 У дві колби зі щільно припасованими корками, в які вставлено капілярні трубки, наллємо різнорідні рідини. Рівень рідин однаковий, але вищий від корків.

12

Будемо одночасно нагрівати дві колби. Для цього зануримо їх у посудину з водою. Відбулося нерівномірне Запитання: 1.Що відбувається з рідинами? підняття рівнів рідин.

2.Чому? Об’єм, який займає рідина 1, більший за об’єм рідини 2. Відстані між молекулами рідин збільшились по-різному. Знайдемо залежність об’єму рідини від температури V0 – початковий об’єм рідини V – кінцевий об’єм рідини V  V  V0 – зміна об’єму V – відносна зміна об’єму V0 Відомо, що відносна зміна об’єму прямо пропорційна зміні температури. V V ~Δt або  bt V0 V0 V  V0 1  bt  b – температурний коефіцієнт об’ємного розчинення Кожна речовина має свій Запитання: Чи однаковий коефіцієнт коефіцієнт об’ємного розширення об’ємного розширення для різних речовин? (Таблиця винесена на екран) З’ясовуємо фізичний зміст 1 Приклад, b  0,00018 коефіцієнта об’ємного розширення.

K Коефіцієнт b показує, на яку Це означає, що під час частину зміниться об’єм рідини нагрівання 1 м3 ртуті на 1 К її об’єм відносно його початкового об’єму збільшиться на 0,00018 м3, і внаслідок зміни температури становить 1,00018 м3. рідини на 1 К. Ртуть рухається вздовж капіляра Відповідь на проблемне внаслідок об’ємного розширення запитання 2.

13

Проблемне запитання 3. Чи спостерігали ви, що проводи лінії електропередачі роблять з “провисанням”? Чому? Дослід 2. Спробуємо нагрівати мідну дротину l0 – початкова довжина тіла l – кінцева довжина l  l  l0 – видовження тіла l – відносне видовження l0 Дослід підтверджує, що l l ~ Δt, =  Δt l0 l0 l = l0 (1+  Δt) – коефіцієнт лінійного  розширення тіла Аналіз таблиці 2, винесеної на екран Фізичний зміст коефіцієнта лінійного розширення. Він показує, на яку частку зміниться довжина тіла відносно його початкової довжини внаслідок зміни температури на 1 К. Відповідь запитання 3.

на

проблемне

Учню пропонується зачитати короткий реферат про аномальні властивості води, пов’язані із зміною об’єму.

Таке явище пов’язане із зміною відстані між молекулами

Дротина видовжилась. Лінійні розміри дротини збільшились

Кожне тіло має свій коефіцієнт лінійного розширення 1 Приклад,   0,000017 K Нагрівання мідного стержня завдовжки 1 м на 1 К веде до його видовження на 0,000017 м. Стержень буде мати довжину 1,000017 м. Провід роблять з “провисанням” через здатність до лінійного розширення Із зменшенням температури води від 4 до 0оС об’єм рідини збільшується. Густина – зменшується.

IV. Закріплення матеріалу Задача 1. Яким повинен бути зазор між стальними рейками залізниці при 15 C , якщо довжина рейки при цій температурі дорівнює 12,5 м, а максимальна температура, до якої можуть нагріватися рейки, становить

14

55 C ?   0,000012

1 .

K

Дано:

  0,000012 t0  15C t1  55C l0  12,5м l  ?

1 K

l  l0 1  t  l  12,5 1  0,000012   55  15    12,506м l  l  l0 l  12,506  12,5  0,006м На прикладі задачі пояснюємо про застосування вивченої теми. Зокрема, з якою метою залишають зазори між рейками: властивість лінійного розширення тіл.

Задача 2. Танкер, об’єм сховищ якого становить 100000 м3, заповнено нафтою за температури 40 С . Розвантажили його за температури 20 С . Які “втрати” об’єму нафти мали місце в даному разі через зміну кліматичних умов? Дано: V0  100000 м 3 V  Bt V0 t0  40C

t1  20C V  ?

V  V0 Bt V  105  0,0011   40  20   0,022  105  2200м 3

Задача 3. Чому емаль на посуді, виготовленому із заліза, надійно тримається виробу навіть при різкій зміні температури посуду? (Коефіцієнти розширення заліза та емалі однакові.) Задача 4. Навіщо на паропроводах роблять петлеподібні згини. (Для компенсації лінійного видовження при нагріванні та скороченнях при охолодженні.) Задача 5. Яка причина того, що різні метали мають різні коефіцієнти лінійного розширення? (Причина у різних відстанях між атомами та зв’язках між ними.) Задача 6. Якщо куски заліза, свинцю і чавуну кинути у їх розплави, то залізо і свинець потонуть, а чавун ні. Чому? (Чавун, як і вода, має аномалію теплового розширення, тобто об’єм твердого чавуну більший об’єму такої ж маси його розплаву.)

15

V. Домашнє завдання § згідно підручника.

1. Обчислити площу фігури, утворену кросвордом.

2. Провести домашній дослід: налити у скляну пляшечку води до верху і закрити її кришечкою. Поставити пляшечку у морозильну камеру. Описати спостереження. Зробити висновок.

3. Подумати над одним запитанням для товариша згідно вивченого параграфа.

УРОК 3 Тема. Лабораторна робота №1. Вимірювання температури за допомогою різних термометрів. практичні навички вимірювання Мета. Прищепити температури. Навчити вимірювати температуру різними термометрами. Ознайомити з будовою рідинного (спиртового) термометра. Розвивати вимірювальні навички, логічне мислення, самостійність в роботі, культуру записів (зокрема, вміння користуватися друкованою основою. Фізика. 8 клас: Зошит для лабораторних робіт / Ф.Я.Божинова) Обладнання. Різні типи термометрів (планшетки з малюнками термометрів), посудина з теплою та холодною водою, паличка для перемішування води. удосконалення знань і формування Тип уроку. Урок експериментальних умінь. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Проведення лабораторної роботи 1. Вступний інструктаж з техніки безпеки проведення роботи.

2. З метою загострення мотивації виконання лабораторної роботи можна розпочати її із сенсаційних повідомлень під рубрикою «Чи знаєте ви» Наприклад, чи знаєте ви, що сучасні електричні термометри реєструють зміну температури до 0, 000001оС. Або запропонувати відгадати загадку з опрацьованої теми. Наприклад: тягнусь тоненьким стовпчиком по трубці я із скла, стискаюся від холоду, росту я від тепла (ртуть термометра).

3. Хід роботи.

- Ознайомити з правилами користування термометрами 1. Забезпечити належний контакт вимірювального елемента термометра з тілом.

16

2. Витримати певний час для завершення теплообміну між тілом і термометром та вирівнювання їх температур.

3. Забезпечити обережне поводження з термометром під час роботи та надійне зберігання термометра після завершення вимірювання.

4. При вимірюванні температури термометр не можна виймати з посудини з водою - Вивчити будову спиртового термометра і записати його основні частини - Визначити ціну поділки та межі вимірювання запропонованих термометрів - Одержані результати занести до таблиці: Термометр

Дві сусідні риски, позначені цифрами

Блок позначок шкали Кількість поділок Ціна між сусідніми поділки цифрами шкали

Межі вимірювання верхня

нижня

- Проведення експерименту 1.Визначити температуру повітря в класі 2.Виміряйте температуру холодної води в посудині 3.Виміряйте температуру теплої води в посудині 4.Змішайте холодну і теплу воду в посудині 5.Виміряйте температуру суміші 6.Занесіть покази в таблицю: Температура повітря Термометр

0

tп , С

Температура рідини Термометр

Холодна вода

tр ,0С Тепла вода

Суміш

- Записати висновок, в якому зазначте: 1.Яку фізичну величину ви вимірювали 2.Який результат отримали 3.Що вплинуло на точність результату 4.Де можуть знадобитися вам одержані навички? ІІІ. Закінчення лабораторної роботи Запитання до учнів: 1) що нового ви навчилися на уроці?

2) чи зрозуміли ви, як користуватися приладами?

3) чи сподобалося вам на уроці? ІV. Домашнє завдання На розсуд вчителя. (Можна запропонувати таку задачу: медичні термометри мають шкалу до 42оС. Як вимірюють температуру хворим мешканцям тропічних країн? Адже там температура повітря вища від 42оС і стовпчики термометрів повністю заповнено ртуттю ще до використання.

17

(Помістити термометр собі під пахву, де температура нижча 42оС, а потім його струсити.))

Використовується для нафтопродуктів ТН5. Визначає температуру плавлення парафіну

Рідинний для вимірювання температури, використовується у трубопроводах

Вібростійкий

Термометр для нафтопродуктів ТН6М. Використовується для визначення температури застигання і помутніння нафтопродуктів

Для нафтопродуктів ТИН2. Визначає температуру вязкості

Iндикатор інкубаторний

18

Лабораторний

Лабораторний для спирту

Для вимірювання температури в глибоких нафтових свердловинах. СП-83М

УРОК 4 Тема. Внутрішня енергія тіла. Мета. Формувати поняття про внутрішню енергію тіла, як енергію теплового руху та взаємодії молекул. Розкрити поняття теплового руху як безладного руху молекул. Порівняти його з механічним рухом окремої молекули. Продовжувати удосконалювати вміння та навички з розв’язування задач, аналізувати процеси, читати графіки. Розвивати мислення, здатність до акуратного ведення записів. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань 1. Перевірка домашнього завдання. Очікувана відповідь на домашній дослід: вода кристалізується і 19

утворюється лід. Пляшечка трісне, оскільки в інтервалі температур 4 C – 0 C об’єм води збільшиться внаслідок об’ємного розширення.

2. Площа трапеції S = (6+3) 3/2 = 13,5 см2.

3. Робота учнів у парах: обмін запитаннями та відповідями, підготовленими дома. (Серед запитань: позначення величин; формули; фізичний зміст  і  ; запитання, які стосуються дослідів, які спостерігались або проводились). ІІІ. Вивчення нового матеріалу (Для вивчення даної теми учні мають достатній запас знань із 7 класу, а саме: про агрегатні стани речовини, розміщення частинок в кожному агрегатному стані речовини, залежність між швидкістю частинок і температурою тіла, поняття про кінетичну та потенціальну енергію тіла. Ці відомості є ґрунтом для систематизації знань і введення понять про тепловий рух частинок і внутрішню енергію тіла). Дії вчителя Дії учнів Запитання: Очікувані відповіді: 1. В яких теплових станах можуть 1. Холодному, теплому, гарячому. перебувати тіла?

2. Яка фізична величина кількісно 2. Температура. характеризує тепловий стан тіла?

3. Згадайте, від чого залежить 3. Від швидкості молекул. Чим температура тіла? більша швидкість, тим вища температура тіла.

4. Як рухаються частинки?

4. Безладно.

5. Якщо швидкість молекул зв’язана 5. Тепловий. із зміною температури, то яким іншим словом можна замінити слово, “безладний”, “хаотичний”? Тепловий рух – це безладний рух Висновок. частинок тіла. В результаті існування тертя Задача 1. Чому свердла, пили і інші швидкості частинок зростають, інструменти нагріваються під час що веде до підвищення використання? температури.

1. Згадаємо, з чого складаються З частинок тіла?

2. Чи рухаються частинки в тілі? Так 3. Як називається енергія, пов’язана Кінетична з рухом тіл?

4.Застосуймо ці міркування до руху З рухом молекул також пов’язана молекул кінетична енергія 5. Які агрегатні стани речовини вам Твердий, рідкий, пароподібний.

20

відомі? (на дошці висять картинки з малюнками: зима-сніг, дощ, “парування” гір) 6. Задача 2 Чи можна закриту посудину заповнити газом на 50 % її об’єму?

7. Чому тверді тіла чинять опір не лише розтягу, а й стиску?

8. Які відстані між молекулами в рідині?

Ні. Газ займе весь об’єм посудини. Відстані між частинками достатньо великі. Частинки мають можливість рухатись, незалежно від інших. Відстані між частинками дуже малі, що сприяє сильній взаємодії між ними. Якщо тіло розтягають, то, виникають сили притягання і навпаки Відстані між молекулами рідини мають проміжне значення: більші, ніж у газах, менші, ніж у твердих тілах Потенціальна енергія взаємодії

9. Вам відомо, що енергією взаємодії тіл є потенціальна енергія. Якої енергії набуває молекула внаслідок взаємодії з іншою? Висновок. Кінетична енергія хаотичного руху частинок та потенціальна енергія їхньої взаємодії називається внутрішньою енергією тіла.

IV. Закріплення матеріалу (На цьому етапі уроку розв’язок задачі несе подвійне навантаження: закріплення вивченого матеріалу та нова інформація щодо окремих питань з вивченої теми). Задача 3 Очікувана відповідь За рахунок якої енергії виконується За рахунок внутрішньої енергії механічна робота при підвищенні ртуті, яка змінюється в результаті ртутного стовпчика в термометрі? теплового контакту з тілом людини. Задача 4. За нормальних умов в 1 м3 будь-якого газу є близько 2,7  1025 молекул. Скільки молекул знаходиться в кімнаті розмірами 6  8  3 м за цих умов? (нормальні умови t  0 C , p  760 мм рт. ст..) Дано n1  2,7  1025 м 3 n2  n1V n2 = 2,7·1025 ·6·8·3 = 3,9·1027 V  68 3 n2  ? Задача 5.

21

Кінетична енергія однієї молекули водню за нормальних умов становить 5,3 1021 Дж. Якою буде кінетична енергія 4  1010 молекул водню за цих умов? Дано: Ek1  5,3  10 21 E2  E1  n E2 = 5,3·10-21Дж ·4 ·1010 = 2,1·10-10Дж n  4  1010

Ek 2  ? Задача 6. Як змінюватиметься внутрішня енергія води, якщо в неї помістити лід? (Внутрішня енергія води зменшиться.) Задача 7. За графіком зміни внутрішньої енергії тіла з часом визначте, на яких ділянках збільшиться внутрішня енергія тіла. Чому відрізок 1-2 графіка крутіший, ніж відрізок 2-3? Що це означає? (Внутрішня енергія збільшується на відрізку 1-2, зменшується на відрізку 2-3. Відрізок 1-2 крутіший, бо відбулося швидке зростання внутрішньої енергії (на 30 Дж за 3 години). На відрізку 2-3 відбулося повільне зменшення внутрішньої енергії (на 40 Дж за 7 годин))

Задача 8. Одна молекула кисню в повітрі рухається деякий момент часу зі швидкістю 900 м/с, а друга – зі швидкістю 1250 м/с. Чи правильним буде твердження, що температура другої молекули вища? (Ні. Температура – це фізична величина, яка характеризує тепловий рух великої кількості частинок. До окремої молекули це поняття застосувати не можна.) Задача 9. Чи змінилася внутрішня енергія чашки, коли її переставити зі столу на полицю? (Ні. Внутрішня енергія не залежить від зміни положення тіла відносно інших тіл.) Задача 10. Відомо, що чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура. Чому не нагрівається куля, вистрілена в тирі з пневматичної рушниці, хоча всі її молекули рухаються до мішені з величезною швидкістю? (Температура, як фізична величина, характеризує тепловий рух молекул однієї відносно іншої. Механічна швидкість кулі не впливає на швидкість хаотичного руху молекул. Вся система (куля) перебуває в

22

просторі з величезною швидкістю. А нагріватись може в результаті тертя об повітря.) Задача 11. Склянка холодної води чи склянка окропу має більшу внутрішню енергію? (Склянка окропу. Швидкість молекул більша, температура вища, внутрішня енергія більша.)

V. Домашнє завдання § згідно підручника. Провести дослід: обійміть теплими руками пляшку, зануривши її горлечком в посудину з водою. Чи відбулися зміни з внутрішньою енергією повітря в пляшці? Чи змінилися кінетична і потенціальна енергії молекул повітря?

УРОК 5 Тема. Способи зміни внутрішньої енергії. Мета. На дослідах та прикладах ознайомити учнів із способами зміни внутрішньої енергії. Показати, що зміна внутрішньої енергії можлива в процесі виконання роботи та теплообміну. Формувати вміння застосовувати набуті знання для пояснення конкретних явищ. Виховувати причинний підхід до різних фізичних явищ. Розвивати логічне мислення, спостережливість, вміння аналізувати фізичні процеси. Тип уроку. Урок комбінований. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань Перевірка домашнього завдання ІІІ. Вивчення нового матеріалу Дії вчителя На дошці записано приклади, в яких механічна енергія перетворюється у внутрішню: а) натирають монету б) молотком забивають цвях в) згинають і розгинають дріт г) обпилюють деталі напилком Запитання: 1.Поясніть, чи в перелічених Тіла

23

Дії учня

нагріваються;

змінюється

прикладах змінюється внутрішня швидкість руху молекул, а, отже, і енергія? Якщо так, то що впливає на кінетична енергія руху молекул; цю зміну? змінюються відстані між молекулами, тобто змінюється енергія взаємодії молекул. Стан тіл змінюється, змінюється внутрішня енергія тіла.

2.Якщо внутрішня енергія тіл Внутрішня енергія, очевидно, або змінюється, то що це означає? збільшується, або зменшується.

3.Як змінилася внутрішня енергія Збільшилась внутрішня енергія тіл у перелічених випадках?

4.Чому збільшилась внутрішня Підвищилась температура тіл (на енергія тіл? дотик) 5.За рахунок чого підвищилась В усіх випадках виконувалась температура тіл? Адже в наведених механічна робота, що привело до прикладах мова про нагрівання тіл нагрівання тіл. не ведеться. Висновок 1. Внутрішня енергія може збільшуватись за рахунок виконання роботи над тілом. Пояснення вчителя: U – зміна внутрішньої енергії, A – механічна робота. Відбувся перехід механічної енергії у внутрішню. U  A , тобто енергія з одного виду перетворюється в інший вид, що є доказом універсальності закону збереження енергії в теплових процесах. Дослід 1. Спостерігають за дослідом. У товстостінну посудину, закриту Через деякий час корок вилетів з корком, будемо закачувати повітря. посудини. В посудині утворився туман. Запитання: Очікувана відповідь: 1.Про що свідчить утворення Про зниження температури повітря туману в посудині?

2.Чому знижується температура в Була використана енергія газу на посудині? те, щоб вилетів корок, тобто на виконання механічної роботи.

3.Що можна сказати про Внутрішня енергія зменшилась внутрішню енергію повітря? Висновок 2. Внутрішня енергія може зменшуватись внаслідок виконання роботи тілом. Дослід 2. Запалимо сірник, черкаючи по 24

шорсткій поверхні сірникової коробки. Внесемо сірник у полум’я. Запитання: Очікувана відповідь: 1.Чи однаковий результат дії? Ні. Сірник загорівся в обох випадках, але в першому - шляхом виконання роботи. В другому – надали певної енергії.

2.Чи змінилась внутрішня енергія Так. Збільшилась за рахунок сірника? зростання температури. Дослід 3. Склянку з гарячою водою поставили на підвіконня. Запитання: Очікувана відповідь: 1.Які зміни відбудуться? Гаряча вода охолоне.

2.Чи зміниться внутрішня енергія Більш нагріті тіла завжди віддають тіл? теплоту менш нагрітим. Тому температура гарячої води і склянки буде зменшуватись. Кінетична енергія молекул та їх швидкість також зменшуються. Тому і внутрішня енергія води і склянки зменшиться. Процес зміни внутрішньої енергії, при якому енергія передається від одних частинок до інших називається теплопередачею або теплообміном. Висновок 3. Внутрішня енергія тіл може збільшуватися або зменшуватися за рахунок теплообміну Пояснення вчителя: Q – кількість теплоти Q  U Кількість теплоти передана тілу в процесі теплообміну змінює його внутрішню енергію. Висновок з вивченої теми оформляємо у виді таблиці Способи зміни внутрішньої енергії

виконання роботи тілом або над тілом

25

теплообмін

IV. Закріплення матеріалу Задача 1. Чому пилка нагрівається при тривалому пилянні? (В результаті тертя збільшується температура і внутрішня енергія пилки.) Задача 2. Дві однакові кульки впали з однакової висоти. Перша впала в глину, а друга, вдарившись об камінь, підскочила і була піймана рукою на деякій висоті. В якої кульки більше змінилась внутрішня енергія? (В тої кульки, що впала в глину, механічна енергія перетворилась у внутрішню. Механічна енергія другої кульки була використана для підняття її на деяку висоту після удару об камінь. У внутрішню енергію перетворилась дуже незначна кількість механічної енергії.) Задача 3. У якій частині водоспаду – верхній чи нижній – температура води вища? Чому? (У нижній. Механічна енергія перетворюється у внутрішню. Тому температура нижньої частини водоспаду вища.) Задача 4. За нормальних умов середня швидкість хаотичного руху молекули кисню становить 460 м/с, а її маса 5,3  10 26 кг. Обчислити середню кінетичну енергію 2  1010 молекул кисню. Дано: m2 n  2  1010 Ek  n 26 2 m  5,3  10 кг 2

м  м 5,3  1026 кг  460   2  1010   460 с  с Ek   1,12  1010 Дж 2 Ек  ? Задача 5. На яку висоту можна підняти тіло масою 1 т за рахунок енергії, яка чисельно рівна середній кінетичній енергії 2,7  10 25 молекул азоту за нормальних умов? Маса молекули азоту 4,65  1026 кг, а її середня швидкість руху 500 м/с. Дано: СІ 103 Згідно умови, середня кінетична енергія m1  1 т кг молекул азоту перетворюється в механічну n  2,7 1025 енергію підняття тіла, тобто потенціальну 26 m2  4,65 10 кг енергію.

Eп  Ek Потенціальну енергію тіла визначимо за м =500 формулою Еп  mgh ; с Середню кінетичну енергію молекул азоту h–? визначимо так:

26

m2 2 n 2 Знайдемо шукану величину m2 2 n m2 2 n mgh  , h 2 2mg Обчислимо значення висоти 2 м  26 4,65 10 кг   500   2,7  1025 с  h  1,6 м м 3 2 10 9,8 с Ek 

V. Домашнє завдання § згідно підручника.

УРОК 6 Тема. Види теплообміну. Мета. З’ясувати види теплообміну. На основі МКТ пояснити способи передачі теплоти теплопровідністю, конвекцією, випромінюванням. Навести приклади застосування різних видів теплообміну в природі і техніці. Формувати власну думку, використовуючи фізичну термінологію. Продовжувати формувати інтерес до вивчення фізичних явищ, розвивати спостережливість. Тип уроку. Урок комбінований. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань Дидактична гра: клас поділений на 3 частини, по рядах. Кожному ряду роздається аркуш паперу із запропонованими запитаннями. Учні від першої до останньої парти передають аркуш, записавши на ньому відповідь на одне питання. Виграє той ряд, який перший виконав завдання. Учні цього ряду зачитують відповіді. Інші звіряють свої відповіді.

– Чи зміниться внутрішня енергія склянки, якщо в неї налити гарячого молока? (Так, збільшиться) – В якому випадку – при 10 C чи при 50 C 1 кг оксигену має більшу внутрішню енергію і чому? Тиск в обох випадках однаковий. (При 50 C ) – В одній посудині міститься 2 кг нітрогену при температурі 20 C і

27

нормальному тиску, а в другій – 10 кг при тих самих умовах. В якій посудині більша кінетична енергія молекул газу і в скільки разів? Чому? (У другій, в 5 раз) – В одній посудині міститься 20 кг нітрогену при температурі 20 C і тиску 1 атм, а в другій – така ж сама кількість нітрогену при температурі 50 C і тиску 5 атм. В якій посудині більша внутрішня енергія? (В другій) – Чому залізна дротина, по якій б’ють молотком, нагрівається? (Зростає внутрішня енергія шляхом виконання роботи) – Куля, пробивши дерев’яну дошку, продовжує рухатись. В якому випадку й чому в неї була більша механічна енергія: перед тим, як вона пробила дошку чи після того? (Перед тим. Частина механічної енергії перейшла у внутрішню енергію) – Як можна зігріти замерзлі руку за рахунок механічної енергії? (Потерти одна об одну) – Коли і чому більша внутрішня енергія водоймища (із сталою кількістю води): влітку чи взимку? (Влітку. Зростає температура, внутрішня енергія) – Каструлю з водою при кімнатній температурі переставили з підлоги на стіл? Чи зміниться її внутрішня енергія? (Ні. Внутрішня енергія не залежить від положення тіла відносно інших тіл) – Чому виникає туман, коли з балона випускають стиснуте повітря? (Внутрішня енергія повітря зменшується) – Внутрішня енергія алюмінієвої кастрюлі збільшилась на 1760 Дж, коли в неї налили гарячої води. Яка кількість теплоти перейшла від води каструлі? (1760 Дж) – У якому випадку шина автомобіля під час його руху нагрівається до вищої температури: коли вона напомпована добре чи напомпована слабо? (Коли напомпована слабо) ІІІ. Вивчення нового матеріалу Проблемна ситуація. В цирку фокусник розкладає на столі в один ряд кілька монет і повідомляє, що в нього витончений нюх. Потім він зав’язує собі очі, повертається спиною до столу і просить, щоб хтось із глядачів узяв у руку одну монету, і потримав її деякий час і знову поклав на стіл у будь-яке місце ряду. Після того, як глядач поклав монету, фокусник нахиляється над столом і робить вигляд, що обнюхує монети. І зрештою, безпомилково вгадує, яку з монет тримав глядач. В чому секрет фокуса? Дії вчителя Дії учнів Учні висловлюють свої думки і приходять до висновку, що глядач Кінчик носа є чутливим передав певну кількість тепла

28

термометром, яким можна виявити монеті, нагрів її. різницю температур порядку 0,5 C А фокусник зафіксував таку зміну температури монети своїм носом Висновок. Відбувся теплообмін. На сьогоднішньому уроці Учні записують тему уроку. розглядаємо види теплообміну. Дослід 1. Учень нагріває у полум’ї спиртівки цвях і скляну паличку приблизно однакових розмірів. Відчуття учня: Цвях нагрівається швидше і обпікає руку. Запитання: Очікувана відповідь: 1.Порівняйте кінетичну енергію Молекули повітря в полум’ї молекул повітря в полум’ї пальника мають значно більшу спиртівки і молекул палички та кінетичну енергію, ніж молекули цвяха? палички і цвяха.

2.Як взаємодіють молекули В результаті зіткнення вони повітря, палички, цвяха? передають частину своєї енергії молекулам палички і цвяха.

3.Як змінюється температура Температура частин цих тіл у палички і цвяха? полум’ї зростає.

4.Як змінюється кінетична енергія Молекули розжарених кінців молекул палички і цвяха? передають свою енергію сусіднім частинкам, що веде до збільшення їхньої кінетичної енергії. Таке передавання енергії відбувається ланцюжком.

5.Чи можливе перенесення молекул Ні. палички, цвяха від місця нагрівання до їх кінця? Висновок. Передавання теплоти від більш нагрітих частин тіл до менш нагрітих, яке веде до вирівнювання температури без перенесення речовини, називається теплопровідністю.

6. Чому паличка і цвях нагрілись до Різні речовини мають різну різної температури? теплопровідність.

7. Зачитаємо про теплопровідність Найкращу теплопровідність мають металів за підручником. метали, особливо срібло і мідь. Висновок. Найкращу теплопровідність мають метали. Дослід 2. У пробірку опустимо кілька Вода кипить. Лід не розплавився. кусочків льоду. Прикладемо їх

29

невеликим твердим тілом. Наллємо води до половини. Будемо нагрівати пробірку з водою в середній її частині. Висновок. Вода поганий провідник тепла. Дослід 3. Будемо підігрівати пробірку, в якій У верхній частині пробірки не є повітря, в нижній її частині. відчуваємо потепління. Висновок. Повітря (гази) погані провідники тепла. Приклад. Такі речовини, як дерево, вата, вовна містять у собі велику кількість повітря, тому є досить поганими провідниками тепла. Дослід 4. Нагріватимемо воду у колбі на Рідина переміщується, нижні шари пальнику, кинувши перед тим на піднімаються вгору, а потім дно кілька кристаликів опускаються вниз. перманганату калію. Запитання: Очікувана відповідь: 1.Яка температура шарів води? Різна. Нижні шари холодніші за верхні.

2.Чи однакова густина теплих і Різна. Теплі шари води мають холодних шарів води? меншу густину, ніж холодні.

3.Чому теплі шари води Різниця густин сприяє виникненню піднімаються вгору? архімедової сили і легші тепліші шари води піднімаються над важчими холодними шарами води.

4.До якого часу відбуватиметься Поки існуватиме різниця рух шарів води? температур шарів води. Висновок. Теплообмін унаслідок перенесення речовин у рідинах (газах) називається конвекцією. Конвекція може бути природна і штучна. Наприклад, прогрівання повітря в кімнаті; перемішування в склянці води різної температури. Дослід 5. У двох посудинах знаходяться Бачать, що термометри показують термометри. Одна посудина різну температуру. всередині обкладена блискучою металевою фольгою, друга – чорним папером. Помістимо пальник на однаковій 30

відстані від посудин. Висновок. Існує такий вид теплообміну, який не потребує середовища і називається тепловим або випромінюванням. Завдяки тепловому випромінюванню теплота передається у безповітряному просторі. Сонячна енергія потрапляє на землю і підтримує життя на ній. Випромінюють усі тіла, бо вони мають внутрішню енергію. Запитаня: Очікувана відповідь: 1.Чому покази термометрів були Очевидно, має значення колір різні? стінок посудини. Чорні поверхні краще поглинають і Тому і температура повітря в випромінюють теплоту, ніж світлі, чорній посудині була вища. блискучі.

2. Де сильніше прогріється повітря: Над сушею. над поверхнею води чи над сушею? Шорсткі поверхні краще випромінюють і поглинають тепло.

3. Чи залежить енергія, яку Так. Наприклад, якщо батареї в випромінює тіло, від температури? кімнаті мають вищу температуру, то і повітря тепліше.

IV. Закріплення матеріалу На цьому етапі уроку узагальнюємо вивчене і зводимо всі висновки у таблицю Агрегатні Твердий Рідкий Пароподібний стани Спосіб Теплопровідність Теплопровідність Теплопровідність передачі тепла випромінювання конвекція конвекція випромінювання випромінювання Перенесення Частинками тіла Струменем газу або рідини енергії Речовина не Переміщується сама речовина переміщується Теплопровідність і конвекція не відбуваються у вакуумі Теплопередача

Теплопровідність

Конвекція

31

Випромінювання

V. Домашнє завдання § згідно підручника. Завдання «Спробуй сам» 1.Спробуй закип’ятити воду на газовому пальнику в паперовому стаканчику. Чому папір не згорає в полум’ї пальника?(Погана теплопровідність води не дає паперу досягти температури загоряння) 2.В стані невагомості неможливо скип’ятити воду без примусового постійного перемішування. Чому? (Не діє архімедова сила і відсутня природна конвекція) 3.Чому влітку ми вдягаємо світлий одяг? ( Для зменшення нагрівання тіла в результаті випромінювання).

УРОК 7 Тема. Кількість теплоти. Мета. Формувати поняття кількості теплоти як фізичної величини, що кількісно характеризує зміну внутрішньої енергії тіла при теплопередачі. Встановити функціональну залежність між кількістю теплоти та зміною температури, масою тіла, родом речовини. Ввести поняття питомої теплоємності речовини. Розвиток логічного мислення, вміння аналізувати, порівнювати, працювати з підручником. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань Перевірку засвоєння знань з попередніх тем можна провести в різних формах. Наприклад.

1-й варіант. Самостійна робота для учнів, яка включає якісні задачі з вивчених тем «Внутрішня енергія», «Види теплообміну» 2-й варіант. Учні по варіантах описують один із видів теплопередачі і здають вчителеві на перевірку.

3-й варіант. На демонстраційному столі стоїть обладнання для демонстрацій теплопровідності, конвекції, випромінювання. Вчитель проводить короткочасний інструктаж з техніки безпеки. Учень демонструє дослід та пояснює його.

4-й варіант. Усне індивідуальне опитування.

1. А чого в кімнаті ми не бачимо, але відчуваємо? (Тепла) 2. А чому в електричному чайнику спіраль вмонтовано на дні, а не на бічній стінці або під кришкою?(Явище конвекції) 3. А чому в порцеляновому чайнику краще заварювати заварку, ніж

32

в металевому? (Явище теплопровідності) 4. А навіщо в термосах внутрішню поверхню колби вкривають шаром полірованого металу? (Явище випромінювання) ІІІ. Вивчення нового матеріалу Дії вчителя

Дії учня

Проблема 1 Температура повітря в класі 19оС, а в Тепліше в класі. А що таке коридорі – 17оС. Де тепліше? кількість теплоти? А де більша кількість теплоти? Згадаймо означення теплопередачі

Процес зміни внутрішньої енергії, при якому енергія передається від одних частинок до інших. Загострюємо увагу на словах «процес Тіло або одержує теплоту, або її зміни». Що означає «процес зміни віддає, тобто відбувається енергії»? процес передачі енергії. Кількісну характеристику процесу передачі енергії (теплопередачі) називатимемо кількістю теплоти. Кількість теплоти – це фізична величина і позначається буквою Q. Відповідь на проблемне запитання

Проблема 2 Визначимо формулу для обчислення кількості теплоти та встановимо одиниці вимірювання її І. Одним з наслідків теплопередачі є зміна температури тіла. Кількість теплоти Q, яка отримана тілом, прямо пропорційна зміні температури Q   t, (1) Математично цей вислів записується так: Q = C  t, (2) С – коефіцієнт пропорційності, називається теплоємністю тіла. Фізичний зміст: теплоємність тіла показує, яку кількість теплоти треба

33

Оскільки відсутній процес передачі енергії (теплообмін), то і неможливо визначити, де більша кількість теплоти.

надати тілу (забрати в тіла), щоб збільшити (зменшити) його температуру на 1К. Як видно з формули, розмірність теплоємності тіла [C] = [Дж/К] Наприклад: С=880Дж/К означає, що для зростання температури тіла на 1К йому треба надати 880Дж теплоти. ІІ. Дослід 1. Висновок: чим більше при Нагріємо 200 мл води до температури нагріванні змінюється о о t1= 40 С і до t2= 60 С температура води, тим більшу кількість теплоти треба передати їй. Отже, кількість теплоти залежить від зміни Запитання 1 (загострюємо проблему) температури Q  t (3) Чому гаряча праска не нагріває Учні висловлюють гіпотезу,яка кімнати, а тепла батарея нагріє? полягає в тому, що кількість теплоти, очевидно, залежить від Дослід 2 (перевіряємо гіпотезу) маси тіла. Нагріємо в посудині воду масою 200 г і масою 400 г до однакової температури. Учні переконуються на досліді, що вода меншої маси досягає заданої температури швидше, ніж вода більшої маси. Висновок: чим більша маса речовини, тим більшу кількість теплоти треба затратити, щоб змінити його температуру на однакове число градусів. Отже, кількість теплоти залежить від маси тіла Qm (4) Дослід 3 Нагріємо на однакове число градусів деяку масу води й таку саму масу олії. В якому випадку потрібна більша кількість теплоти?

34

За показами термометрів олія нагрівається швидше. Щоб температури води і олії зрівнялися, треба довше нагрівати воду. А тому передати воді більшу кількість теплоти. Висновок: кількість теплоти

залежить від речовини, з якої виготовлене тіло. Позначимо величину, яка характеризує здатність речовини приймати або віддавати теплоту, буквою с. Відповідно запишемо формулу Q  с , (5) Загальний висновок: кількість теплоти, надана речовині внаслідок теплопередачі, залежить від його маси, роду речовини і різниці температур в кінцевому і початковому станах.

Q = cm t = cm(t2 – t1), (6) Щоб визначити величину с, треба взяти різні речовини масою 1 кг і підрахувати, скільки теплоти треба передати кожному з них для нагрівання на 1К. Ця величина називається питомою теплоємністю речовини. Питома теплоємність є фізичною величиною. Слово «питома» означає «припадає на одиницю чогось», тобто «скільки теплоти припадає (може вмістити в собі) на 1 кг речовини». Фізичний зміст: питома теплоємність речовини показує, яку кількість теплоти треба надати речовині масою 1 кг, щоб підвищити температуру на 1К, або числове значення питомої теплоємності речовини визначає, на скільки змінюється внутрішня енергія тіла масою 1кг при теплопередачі зі зміною його температури на 1К. Порівняємо формули (2) і (6). З формул слідує, що теплоємність тіла визначається за формулою С = сm (7) а,отже, залежить від маси і роду Визначимо з формули (7) питому речовини теплоємність речовини с = С/m (8) 35

Вона вказує на незалежність питомої теплоємності речовини від маси тіла Формула (6) або (8) дає можливість Учні працюють з таблицею встановити розмірність питомої питомих теплоємностей речовини. теплоємності речовини c=

Дж  Q , с =  t m  кг.К 

Існують таблиці, в яких зазначені питомі теплоємності речовин. Запитання: 1. Вода 1. Яка речовина має найбільшу теплоємність? Дж  2. Вказати числове значення 2. с =4200  питомої теплоємності води  кг.К  3. Пояснити фізичний зміст 3. Щоб змінити температуру питомої теплоємності води води масою 1 кг на 1К, треба надати їй 4200 Дж теплоти (або зміна температури 1 кг води на 1К сприяє зміні її внутрішньої енергії на 4200 Дж) 4. Яка кількість теплоти 4. Q = 460 Дж необхідна для нагрівання 1 кг заліза на 1К?

IV. Домашнє завдання § згідно підручника. Задача: де більш м’який клімат – у Харкові чи у французькому порту Гавр? Обидва міста знаходяться приблизно на однаковій широті? (У Гаврі, оскільки це місто знаходиться на березі моря?)

УРОК 8 Тема. Лабораторна робота № 2 – Визначення питомої теплоємності твердого тіла. питому теплоємність твердого тіла Мета. Визначити калориметричним способом. Прищепити практичні навички користування приладами. Розвивати спостережливість, культуру записів, творче мислення. Обладнання. Вимірювальний циліндр, склянка з водою, калориметр, термометр, терези, різноважки, досліджуване тіло, посудина з гарячою водою.

36

удосконалення Тип уроку. Урок експериментальних умінь

знань

і

формування

Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Проведення лабораторної роботи 1. Вступний інструктаж з техніки безпеки проведення роботи.

- Лабораторне обладнання розміщуйте на своєму робочому місці акуратно, щоб запобігти падінню приладів або їх перекиданню - Будьте уважні і дисципліновані, точно виконуйте вказівки вчителя - Не залишайте робоче місце без дозволу вчителя - Не починайте роботи без дозволу вчителя - При проведенні дослідів не допускайте граничних навантажень вимірювальних приладів - Користуйтесь тільки справними приладами - Після завершення лабораторної роботи ретельно приберіть своє робоче місце - Із класу виходьте тільки з дозволу вчителя - При отриманні травми або поганому самопочутті повідомте про це вчителя Звернути увагу!

1. При вимірюванні температури термометр не можна виймати з посудини з водою 2. Не можна виймати з кожуха внутрішню посудину калориметра і працювати тільки з нею 3. Якщо задіяні терези замість вимірювального циліндра, то зважувати воду тільки у внутрішній посудині.

2. Хід роботи.

2.1.Вивчити будову калориметра 2.2.Визначити ціну поділки вимірювальних приладів (термометра, вимірювального циліндра) 2.3.Знайти масу твердого тіла, використовуючи терези або динамометр, mт , (mт =

P ) g

2.4.Налити у калориметр певну масу холодної води так, щоб досліджуване тіло змогло повністю зануритися у воду 2.5.Виміряти температуру холодної води, tх 2.6.У вчителя знаходиться посудина з гарячою водою, з якої він дістане досліджуване тіло і опустить його у калориметр учня. Вчитель повідомить температуру гарячої води, tт, яка і буде температурою досліджуваного тіла

37

2.7.Обережно мішати воду в калориметрі мішалкою, слідкуючи за зміною температури води 2.8.Записати покази термометра, коли температура води перестане змінюватися, t 2.9.Обережно виймати досліджуване тіло, висушити серветкою 2.10.Результати вимірювань записати в таблицю: mт , кг

tх , кг

tт , кг

t, кг

mт , кг

ст ,

Дж Дж стаб , о о кг С кг С

речовина

2.11.Опрацювання результатів досліду 2.11.1.Обчислити масу холодної води, mх 2.11.2.Увага запитання!(Запитання дають змогу зорієнтувати учня для наступної роботи з формулою) Яка температура холодної води? Яка температура тіла? Яка температура води після занурення в неї досліджуваного тіла? Яка маса досліджуваного тіла? Як знайти питому теплоємність води?

2.11.3.Обчислити питому теплоємність досліджуваного тіла за формулою cвm х (t  t т ) ст = m т (t х  t) 2.11.4.Визначити за таблицею речовину, з якої виготовлене досліджуване тіло 2.11.5.Доповніть таблицю результатами досліду 2.11.6.Записати висновок, в якому зазначити: – Яку мету ставили перед собою? (обчислити питому теплоємність твердого тіла) – Який результат отримали?

– З якої речовини виготовлене тіло?

– Що вплинуло на точність результату? ІІІ. Закінчення лабораторної роботи Запитання до учнів.

– Що нового ви навчилися на уроці?

– Чи зрозуміли ви, як користуватися приладами?

– Які труднощі з’явилися в процесі виконання роботи?

– Чи сподобався вам урок? ІV. Домашнє завдання § на розсуд вчителя.

38

УРОК 9 Тема. Розв’язування задач на розрахунок кількості теплоти. Мета. На конкретних прикладах показати, як обчислити кількість теплоти, потрібної для нагрівання тіла або відданої тілом під час його охолодження. Розвивати логічне мислення; навчати самостійності в роботі, культури записів. Тип уроку. Урок удосконалення знань і формування вмінь розв’язувати задачі. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань 1) Вчитель проводить гру, суть якої в перевірці вивчених позначень: Q Q   , t   Q, m, c, t0 , t1 , t , Q  cmt , Q  cm  t1  t0  , m   ct cm   (Учні піднімають заздалегідь виготовлені карточки, на яких написані букви, як відповідь на запитання вчителя) 2) Фронтальне опитування. Означення кількості теплоти та фізичний зміст питомої теплоємності ІІІ. Розв’язування задач (Третій етап уроку слід розпочати із задач-запитань, закріпивши одержані знання з теорії (зміна внутрішньої енергії, кількість теплоти)) Задача 1. Що потребує більшої енергії нагрівання на 1  C : відро води чи склянка води? (Більшої енергії потребує відро води, оскільки Q~m) Задача 2. Якщо нагріті в киплячій воді циліндри із свинцю, олова і сталі масою 1 кг поставити на лід, то вони охолонуть і частина льоду під ними розтане. Як зміниться внуртрішня енергія циліндрів? Під яким циліндром розтане більше льоду, під яким – менше? Яка з ямок утворилася під свинцевим циліндром, яка – під стальним?

(Внутрішня енергія зменшується в результаті охолодження циліндрів, теплообмін між льодом і циліндрами знижує температуру циліндрів і підвищує температуру льоду. Тому лід почне танути. Більше льоду розтане під циліндром, у якого питома теплоємність найбільша (більше приймає – більше віддає за той самий час). Отже, найглибша

39

ямка під стальним циліндром ( с  500

Дж ), найменша – під свинцевим кг  К

Дж )) кг  К Задача 3. Кубики, виготовлені з міді, сталі та алюмінію, масою 1 кг охолоджують на 1  C . На скільки джоулів і як зміниться внутрішня енергія кожного кубика? (Методичні рекомендації. Особливістю цієї задачі є те, що краще розв’язати її, спираючись на фізичний зміст питомої теплоємності речовини, ніж безпосереднє використання формули Q  cmt . Кількість енергії, на яку зменшиться внутрішня енергія 1 кг міді, сталі, алюмінію при охолодженні цих тіл на 1оС відповідає питомій теплоємності згаданих речовин.) Далі варто розглянути графічні задачі. В них об’єктом дослідження є графіки залежностей фізичних величин Задача 4. В алюмінієвому чайнику нагрілася вода. Побудували графіки залежності теплоти, яку дістали чайник і вода, від часу. Який графік. побудовано для води і який – для чайника? (с=140

(Проводимо перпендикуляр до осі часу у вибраний нами момент часу t1 . Бачимо, що за один і той самий час кількість теплоти надана тілу І менша, тілу ІІ – більша. Отже, тіло І має меншу теплоємність, тіло ІІ – більшу. Тому графік І – відповідає чайнику, графік ІІ – воді.) Інший тип задача полягає у зв’ясуванні залежності температури від часу нагрівання (охолодження). Задача 5. На одинакових пальниках нагрівалася вода, мідь і залізо однакової маси. Зазначте, який графік побудовано для води, який – для міді, та який – для заліза. (Методичні рекомендації. В задачах такого типу можна поєднати поняття теплоємності і теплопровідності).

40

to3 to2 to1

(За один і той час t1 І тіло нагріли до найменшої температури, ІІІ – до найбільшої температури. З трьох тіл найменшу кількість теплоти надано тілу І. Тому це вода (її теплоємність найбільша, теплопровідність погана). Речовиною, яка швидко нагрівається (швидко змінює свою внутрішню енергію, має найкращу теплопровідність), є мідь – графік ІІІ. Відповідно, графіку ІІ відповідає залізо.) Складнішими задачами є оберенені до поданих вище. В цих задачах за відомими величинами треба побудувати графік їх залежності. Задача 6. У калориметрі нагрівають гас масою 3 кг за допомогою нагрівача потужністю 500 Вт. Побудуйте графік залежності температури рідини від часу. Початкова температура гасу 20 C . Через який час температура гасу буде доведена до 60 C . Дано: Згідно із законом збереження і перетворення енергії запишемо рівняння, що поєднує зміну температури та час нагрівання гасу. m  3кг 500 P o t  0,079t , t o  t , t o  Pt  cm  t , Дж 2100  3 cm с  2100 отже знайдена функціональна залежність кг o  t  0,079t . Р  500 Вт Запишемо шукане рівняння у вигляді t0  20C

t к  t o  0,079t t к  t o  0,079t

t  60C t o  t o t   ? t1  ?

Графіком залежності температури від часу є пряма лінія. Її побудову можна здійснити за двома точками, перша з яких t00  20C (в початковий момент часу) t1  50c t o  3,95o C t1o  23,95o C

t2  100c t o  7,9o C t2o  27,9o C

41

Знайти час, коли t 0  60C , можна аналітично. t 0  t00 60C  20C t1  , t1  , t1  506c 0,079 0,079 Такий самий результат одержимо, роз’вязуючи задачу графічно. Для цього проведемо перпендикуляри до осей температури і часу. Значення часу, що відповідає точці перетину перпендикуляра з віссю часу співпадає з вище знайденим результатом. З метою удосконалення усного рахунку варто розв’язати простіші задачі на обчислення кількості теплоти. Задача 7. Визначте (усно), яка кількість теплоти потрібна для нагрівання 1 кг алюмінію на 1 C , свинцю на 2 C , олова на 2 C , платини на 3 C , срібла на 3 C . Розв’язок полягає в тому, щоб QAl  920 Дж, Qсв  280 Дж, визначити теплоємність речовини Q  500 Дж, Q  420 Дж, ол пл згідно фізичного змісту питомої Qср  750 Дж. теплоємностіі Розрахункові задачі розв’язуємо з учнями, ускладнюючи їх зміною величин, або одиниць їх вимірювання. Доречно значення кількості теплоти записувати, використовуючи степінь числа. Це сприяє удосконаленню знань з математики. Задача 8. Стальна деталь масою 20 кг під час обробки на токарному верстаті нагрівається на 50 C . Скільки енергії витрачається двигуном на нагрівання деталі? В задачі використовується зміна температури

42

Дано: m  20 кг

Q  cmt

Дж  20кг  50 о С кг  К  500000Дж  5  10 5 Дж

Q  500

Дж c  500 кг  К t  50 C Q ?

Задача 9. Стальне свердло масою 100 г під час роботи нагрілося від 15 до 115 C . Скільки енергії витрачається двигуном на нагрівання свердла? Дано: m  100г

t0  15 C t1  115 C c  500

Дж кг  К

СІ 0,1кг

Для розв’язання задачі використовуємо різницю температур  t1  t0  .

Q  cm  t1  t0  Дж Q  500  0,1кг 115 С  15 С   5000 Дж кг  К

Q ? Задача 10. Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання повітря в кімнаті, об’єм якої 60 м3, від 10 до 20 C ? (Методичні рекомендації. Задача, ускладнюється тим, що за відомим об’ємом треба знайти кількість теплоти. Отже, завдання учня ввести в цю задачу невідому фізичну величину – густину повітря. Така пошукова робота сприяє удосконаленню вмінь працювати з додатковою літературою) Дано:

V  60 м 3

Q  cm  (t 1 - t0 )

t0  10C

m  V Q  cV  (t 1 - t0 ) Дж кг Q  1000 1, 29 3  60 м 3 (20 о С - 10 о С)  774000Дж  кг  К м 5  7,74  10 Дж

t1  20C кг м3 Дж с  1000 кг  С Q ?

  1,29

43

Задача 11. Яку кількість теплоти віддає склянка окропу (250 см3), охолоджуючись до температури 14 C ? (Звернемо увагу учня, що кількість теплоти, яку віддає тіло також обчислюємо за формулою Q  cmt . Математично у результуючій відповіді з’являється знак “–”, що свідчить про віддачу тепла. Задача ускладнена невказаним значенням початкової температури, що зобов’язує учня використати свої знання з мови. В задачі обов’язково використати СІ для перетворення одиниць вимірювання об’єму. Задача несе і пізнавальну інформацію, повідомляючи, який об’єм має склянка). Дано: СІ 3 250 Q  cm t1  t0   cV  t1  t0  V  250см  0,00025 м 3 1000000 Дж кг Q  4200 1000 3  = 2,5  10 4 м 3 кг  С м t0  100C 3 0,00025м 14С 100С  90300 Дж t1  14C або кг кг   1000 3 103 3 Дж 3 кг м м Q  4,2103 10 3  кг  С м Дж 4 3 с  4200 2,510 м 14С 100С 9,03104 Дж кг  С

Q ? Слідуючий тип задач, в яких ми звернемо увагу на нагрівання (охолодження), кількох тіл. Тому загальна кількість теплоти підраховується як сума окремо знайдених кількостей теплот. Задача 12. Яка кількість теплоти потрібна для того, щоб в алюмінієвому котлі масою 200 г нагріти 1,5 л води від 20 C до кипіння? Дано: СІ 0,2 кг Q  QAl  QB m  200г -3 3 V  1,5 л 1,5·10 м QAl  cAl mal  t1  t0  t0  20C QB  cB VB  t1  t0  t1  100C Q   9,2  102  0,2  4,2 103 103  1,5 103   кг кг   1000 3 103 3 м  100  20   5,2 105 Дж м Дж Дж  Дж Дж кг 3   св  4200 4,2  103 кг  С кг  С Q    кг  С  кг  кг  С  м3  м   С  С      Дж 2 Дж с Ал  920 9,2  10  Дж  кг  С кг  С    С    Дж   С  Q ?

44

Окрім задач на обчислення кількості теплоти, варто розв’язати задачі на визначення величин, які входять до формули Q  cmt . Задача 13. Яку кількість води можна нагріти від 15 ºС до кипіння, якщо передати їй 178,5 кДж теплоти? Дано СІ t0 = 15ºС Q Q =с·m (t m = 1 - t0) t1 = 100 ºС c (t1 -t 0 ) Q = 178,5 кДж 178500 Дж 178500 Дж m= = 0,5кг Дж Дж с = 4200   4200  100 C  15 C  кг  С кг  C m-?

1.785  105 або m= =0,5кг 4.2  103 100  15     Дж  m    Дж   кг   o o C   кг  C 

Задача 14. У результаті охолодження куска олова масою 100г до температури 32ºС виділилося 5 кДж енергії. Визначте температуру олова до охолодження. (Методичні рекомендації. В задачі розглядається процес охолодження (віддачі тепла). Учням відомо, що математично такий процес відзначається знаком “–”. Тому під час розвязування задачі можна величину кількості теплоти записати від’ємною. Такий спосіб розвязування задачі вважаю кращим, виходячи з логіки викладу теоретичного матеріалу та результатів виконання лабораторних робіт. В іншому випадку можна обчислити зміну температури в контексті “від більшого значення температури відняти менше, тобто записати множником у формулі різницю між початковим і кінцевим значенням температури) Дано m = 100 г t1 = 32 ºС Q = 5 кДж Дж с = 250 кг  С t0 - ?

СІ 0,1 кг

–Q = cm (t1 – t0) –Q = cm t1 – cm t0 cmt1  Q Q t0 =  t1  cm cm 3 5  10 t0= 32+ =232 250  0.1 або Q = cm (t0 – t1)

5·103Дж

45

Q = cm t0 – cm t1 t0 = Q  cmt1  Q  t1 cm cm    Дж    С     С  t0  =  Дж    кг   кг  С  IV. Домашнє завдання Слід підійти диференційовано. § згідно підручника.

УРОК 10 Тема. Розв’язування задач на тепловий баланс. Мета. Формувати вміння розв’язувати задачі на тепловий баланс. Вчити аналізувати графіки залежностей величин. Удосконалювати навички роботи з довідковою літературою. Розвивати логіку мислення, бажання співпрацювати колективно. Тип уроку. Урок удосконалення знань і формування вмінь розв’язувати задачі. Хід уроку I. Організаційний момент II. Актуалізація знань 1) перевірка домашнього завдання: З метою поглиблення спілкування з учнями варто запитати – чи виникали труднощі при розв’язуванні задач?

– чи допомагали вам батьки виконати домашнє завдання?

2) перевірку засвоюваності матеріалу слід здійснити задачею, яка б ввібрала максимальну кількість інформації, попередньо одержаної учнями. Перевіряємо: – вміння читати графік – дати відповідь на пункти а), в) – вміння користуватись таблицею – дати відповідь на пункт б) – знання вивчених формул: m  V , Q = cm∆t, ∆U=Q Робота виконується по варіантах, перевіряється фронтально. Задача 1. За графіком залежності температури тіла від часу і таблицею визначити: а) який процес відбувається з тілом; г) кількість теплоти поглинуту б) масу тіла; тілом; в) зміну температури тіла; д) зміну внутрішньої енергії тіла 46

Варіант 1

Тіло Мідь

Варіант 2

Об’єм 0,0001 м3

Тіло Залізо

Об’єм 200 дм3

Очікувана відповідь а) тіло нагрівалось, оскільки із а) тіло охолоджувалося, бо із збільшенням часу зростала зростанням часу температура температура. зменшувалась. кг кг б) m  V ,   8,9  103 3 . б) m  V ,   7,8  103 3 м м кг кг m  8,9  103 3  0,0001м3  0,89кг m  7,8  103 3  0, 2м3  1,56  103 кг м м в) в) t  t1  t0 , t1  10C , t0  0C t  t1  t0 , t1  25C , t0  100C t  10C  0C  10C t  100C  25C  75C г) Певна кількість теплоти г) Кількість теплоти виділяється поглинається тілом тілом Дж Дж Q  cmt , c  380 Q  cmt , c  460 кг  С кг  С Дж Дж Q  380  0,89кг  10C  3382Дж Q  460  1,56  103 кг  75C  53820Дж кг  С кг  С =53820Дж д) U  3382Дж д) U  53820Дж ІІІ. Розв’язування задач. Методичні рекомендації. Задачі на тепловий баланс – це задачі, суть яких в охолодженні одних речовин і нагріванні за рахунок виділеного тепла інших, з встановленням теплової рівноваги. При розв’язуванні таких задач учні спираються на закон збереження енергії та відомості про додатне значення кількості теплоти, якщо енергія поглинається, і від’ємне, – якщо енергія виділяється. Тому варто подати алгоритм розв’язування задач на тепловий баланс.

1. Згідно умови задачі з’ясувати, які тіла беруть участь в теплообміні.

47

2. Встановити, які тіла віддають теплоту, а які одержують.

3. Записати формулу кількості теплоти для кожного з тіл.

4. Записати рівняння теплового балансу.

5. Розв’язати рівняння відносно невідомої величини. Слід зазначити, що розв’язувати на уроці задачі з теплового балансу на визначення питомої теплоємності недоцільно, оскільки була виконана відповідна лабораторна робота. В запропонованій до розгляду задачі учні за допомогою вчителя аналізують її умову. Звертають увагу на ключ розв’язку задачі QAl  QB . Складають план дій. Задача 2. Змішали 0,8 кг води, що має температуру 25 C , з 0,2 кг окропу. Яка встановилась температура суміші? Дано: Згідно умови задачі участь у теплообміні беруть води m1  0,8 кг різної температури. t0  25 С Вода з температурою 100 C віддає теплоту, вода з m2  0,2 кг температурою 25 C приймає теплоту. t1  100 С Запишемо формулу кількості теплоти для кожного Дж випадку. с  4200 Q  cm 2 (t 1  t) кг  С Гаряча вода віддала теплоту 2 Холодна вода одержала теплоту Q1  cm1 (t  t0 ) t–? Складаємо рівняння теплового балансу. Q1  Q2 cm 1 (t  t0 ) = cm 2 (t 1  t) Розв’язуємо рівняння відносно температури суміші m 2 t1  m1t 0 t m1  m 2 Обчислюємо значення температури суміші 0,2кг  100 o C  0,8кг  25 o C  40 o C t= 0,8кг  0,2кг Іншим типом задач на тепловий баланс є задачі, що поєднують процес виконання механічної роботи із процесом нагрівання тіла. В цих задачах звернути увагу на те, що за законом збереження енергії механічна енергія або її частина перетворюється у внутрішню. Задача 3. Стальний ударник пневматичного молотка масою 1,2 кг, виконуючи роботу протягом 1,5 хв, нагрівся на 20 С . Вважаючи, що на нагрівання ударника пішло 40% всієї енергії молотка, визначте виконану роботу і потужність, яку він при цьому розвиває.

48

Дано m  1, 2 кг

t  1,5 хв

СІ

90 с

0,4 Nt  cmt 500  1,2  20 N  333 Вт 0,4  90 A  Nt A  333  90  30000 Дж

t 0  20 C Q1  0,4 А c  500

За законом збереження енергії 0,4 А  Q

Дж кг  С

А? N ?

 Дж   кг  °С  кг  °C   Дж  N        Вт  c с       А   Вт  с   Дж 

IV. Домашнє завдання § згідно підручника.

Тема. Мета.

Обладнання. Тип уроку.

Урок 11 Лабораторна робота №3 – Порівняння кількості теплоти при змішуванні води різної температури Підвести учнів до розуміння закону збереження енергії в теплових процесах. Розвивати вимірювальні навички, культуру записів (зокрема, вміння користуватися друкованою основою), логічне мислення, самостійність в роботі. Калориметри, термометри, вимірювальні циліндри, посудина з водою. Урок удосконалення знань і формування експериментальних умінь. Хід уроку

І. Організаційний момент ІІ. Проведення лабораторної роботи 1. Вступний інструктаж з техніки безпеки проведення роботи - Лабораторне обладнання розміщуйте на своєму робочому місці акуратно, щоб запобігти падінню приладів або їх перекиданню.

- Будьте уважні і дисципліновані, точно виконуйте вказівки вчителя - Не залишайте робоче місце без дозволу вчителя - Не починайте роботи без дозволу вчителя

49

- При проведенні дослідів не допускайте граничних навантажень вимірювальних приладів - Користуйтесь тільки справними приладами - Після завершення лабораторної роботи ретельно приберіть своє робоче місце - Із класу виходьте тільки з дозволу вчителя - При отриманні травми або поганому самопочутті повідомте про це вчителя Звернути увагу!

1. При вимірюванні температури термометр не можна виймати з посудини з водою 2. Не можна виймати з кожуха внутрішню посудину калориметра і працювати тільки з нею 3. Якщо задіяні терези замість вимірювального циліндра, то зважувати воду тільки у внутрішній посудині.

2. Хід роботи.

2.1.Згадати будову калориметра 2.2.Визначити ціну поділки вимірювальних приладів (термометра, вимірювального циліндра) 2.3.Налити у вимірювальний циліндр холодної води 2.4.Виміряти об’єм холодної води, Vх 2.5.Перелити холодну воду у калориметр.

2.6.Виміряти температуру холодної води, tх . Не виймати термометр із води 2.7.Виміряти температуру гарячої води в посудині, де вона нагрівалася (посудина із шкалою), tг 2.8.Долити певний об’єм гарячої води у калориметр, Vг (Вимірювати об’єм гарячої води саме в цьому пункті не обов’язково, оскільки надалі об’єм гарячої води можна визначити як різницю між об’ємом всієї води і об’ємом холодної води) 2.9.Обережно перемішати суміш мішалкою.

2.10.Дочекатись, поки температура суміші не перестане змінюватись.

2.11.Записати покази термометра, t 2.12.Обережно виймати термометр із води, протерти його серветкою і поставити у футляр.

2.13.Записати загальний об’єм води у калориметрі V 2.14.Результати вимірювань записати в таблицю: tх ,оС Vх , см3 mх , кг tг , оC V, cм3 Vг , см3 mг , кг t, оC Qх , Дж Qг , Дж

50

2.15.Опрацювання результатів досліду 2.15.1.Обчислити масу холодної води за формулою mх =  Vх 2.15.2.Обчислити об’єм гарячої води Vг = V – Vх 2.15.3.Обчислити масу гарячої води mг =  Vг Увага запитання! Яка вода одержує теплоту? Яка початкова температура холодної води? Яка температура суміші?

2.15.4.Обчислити кількість теплоти, яку отримано холодною водою Qх = сmх(t – tх) Увага запитання! Яка вода віддає теплоту? Яка початкова температура гарячої води? Яка температура суміші?

2.15.5.Обчислити кількість теплоти, яку віддано гарячою водою Qг = сmг(t – tг) (Знак “–” вказує на фізичний зміст одержаного результату: гаряча вода віддає теплоту) 2.15.6.Доповніть таблицю результатами досліду 2.15.7.Обчисліть відносну похибку досліду (На скільки відсотків відрізняються значення кількості теплоти, відданої гарячою Q г водою, і отриманої холодною водою)  = 1   100% Q х 2.15.8.Записати висновок, в якому зазначити: – Яку мету ставили перед собою? (Порівняти кількість теплоти, яку віддає гаряча вода при охолодженні, та кількість теплоти, яку одержує холодна вода при нагріванні) – Яким відповідно до рівняння теплового балансу має бути результат порівняння кількостей теплоти? (кількості теплот мають бути рівними) – Який результат одержали, виконуючи дослід? (у досліді кількості теплот різні) – В чому полягає причина розбіжності? (теплоту одержували ще й інші тіла – калориметр, термометр, оточуюче середовище) III. Закінчення лабораторної роботи Запитання до учнів.

– Чи сподобався вам урок?

– Які труднощі з’явились в процесі виконання роботи?

– Чи виконуєте ви таку роботу в побутових умовах? ІV. Домашнє завдання На розсуд вчителя.

51

УРОК 12 Тема. Енергія палива. Екологічні проблеми, що виникають при спалювання палива. Мета. Ознайомити учнів з джерелами енергії. Формувати ідею можливості збереження природних ресурсів. Розглянути негативний вплив непоновлюваних джерел енергії на навколишнє середовище. Формувати поняття про енергію палива та калорійність їжі. З’ясувати фізичний зміст питомої теплоти згоряння палива. Підраховувати кількість теплоти, яка виділяється при згорянні певної маси палива та при споживанні їжі. Сприяти поширенню матеріалу з історії фізики. Застосовувати на практиці здобуті знання з хімії, географії, математики, іноземної мови. Продовжувати формувати вміння аналізувати, порівнювати, робити висновки, працювати з науковою літературою. Розвивати логічне мислення, прагнення до поповнення знань. вивчення нового навчального матеріалу Тип уроку. Урок (нетрадиційний). Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Вивчення нового навчального матеріалу 1.Оголошує тему уроку, яку учні записують в зошиті. Вчитель фізики 2.Представляє групи учнів, які готували інформацію з теми уроку.

3.Повідомляє про наявний на учнівських партах дидактичний матеріал.

3.1. Інформаційний матеріал про використання поновлюваних джерел енергії.

1) За підрахунками вчених, загальний вітроенергетичний потенціал Землі в 30 разів перевищує річне споживання електроенергії в усьому світі. Проте використовується лише мізерна часточка цієї енергії. Думка інженерів і вчених повертається і до давно забутих вітрильників. Відомий океанолог Ж.І.Кусто, спроектував, наприклад, спеціальні металеві вітрила, що встановлені на кораблі. Їх застосування дозволяє економити значну кількість пального під час трансокеанічних плавань цього корабля.

52

2) Дуже мало використовуються запаси енергії світового океану. Щоправда, в світі сконструйовані морські хвильові електростанції. Одна з перших потужністю 350 кВт успішно діє вже 25 років поблизу норвезького міста Бергера. Енергію припливів і відпливів використовує морська станція на узбережжі Ла-Маншу у Франції потужністю 240 тис. кВт. На тихоокеанському острові Науру діє електростанція потужністю 100 кВт, що використовує різницю в температурі нагрітого тропічним сонцем поверхневого шару води й холодного придонного.

3) Енергію термальних вод використовують в районах активної вулканічної діяльності (Ісландія, Камчатка, Гавайські острови). Столиця Ісландії Рейк’явік вже понад 40 років цілком обігрівається цим джерелом тепла.

3.2. Переклад розмови туристів.

3.3. Пастушенко М.П. Самостійні і контрольні роботи. ст. 22, 26-27 3.4. Мельников О.В. та ін. Енергозбереження. Я розпочну сьогоднішній урок з розповіді про випадок у житті. В одному з висотних готелів на верхніх поверхах виникла пожежа. Зчинилася паніка: одні люди почали тікати, використовуючи ліфт, і гинули там, інші вистрибували через вікна, що закінчувалось трагічно. А от було кілька відчайдушних людей, які нікуди не поспішали. Вони, здійснивши запобіжні заходи, сіли, наприклад, пити каву. І... чекали. Як ви думаєте, чому кілька сміливців були відносно спокійними? (Вчитель підводить до думки про впевненість, що до такого готелю допомога прийде обов’язково. Тому завданням цих людей було вберегти себе від впливу диму. Наявними підручними засобами вони закрили щілини у дверях і не допустили проникнення, особливо, чадного газу в кімнату). Отож, якщо виникла критична ситуація, не треба панікувати, а, користуючись набутими знаннями з фізики й хімії, прийняти правильне рішення. В даному випадку – не дати доступу диму до кімнати. До речі, чому ми відчуваємо запах диму?

53

Результат явища дифузії, конвекції. Очікувана відповідь Вчитель фізики А чи не можемо ми дихати димом, як, наприклад, приємними парфумами. Ні. До складу диму входить СО – безбарвний отруйний Група хіміків газ, без запаху, не набагато легший за повітря, дуже мало розчинний у воді. Група медиків СО називають чадним газом. Він сполучається з гемоглобіном крові, що порушує постачання кисню тканинам організму. Тривале вдихання цього оксиду приводить до смерті. Чи відома вам приказка “Диму без вогню не буває?” Вчитель хімії Ми, хіміки, добре знаємо, що це не завжди так. Група хіміків (Проводять дослід. “Дим без вогню” можна продемонструвати, стискаючи отворами циліндри, попередньо ополоснуті відповідно концентрованими розчинами NH3 («амонійний луг») і HCl (димучою соляною кислотою). Дим, що виникає при змішуванні цих газів, складається з маленьких кристаликів нашатирю – хлориду амонію). Вчитель фізики В чому ж суть процесу горіння? Надамо слово групі істориків. Група істориків Наука про горіння зародилася зовсім недавно. Тільки у 18 столітті Ломоносов і Лавуазьє відкинули ідею, що речовини, здатні горіти, містять особливу “речовину вогню” – флогістон. В 1773 році Лавуазьє прийшов до розуміння горіння як процесу з’єднання речовини з киснем. А систематичні дослідження процесів горіння були розпочаті тільки в кінці 19 століття, коли катастрофічні вибухи в шахтах змусили вчених різних країн вивчити режим поширення полум’я. До середини 20 століття появились нові стимули до розвитку науки про горіння, пов’язані з вимогами ракетної техніки. (Проводить дослід). Запалимо свічку. Бачимо, що Група хіміків свічка горітиме, поки її є. Але накриємо запалену свічку склом гасової лампи. Свічка швидко гасне, оскільки немає доступу повітря. З приводу горіння свічки великий М.Фарадей в свій час Вчитель хімії говорив: “Явища, що спостерігаються під час горіння свічки, такі, що не існує жодного закону природи, який би при цьому не був би в тій чи іншій мірі використаний”. Вчитель фізики Отже, речовиною, яка підтримує горіння, є повітря, а 54

точніше – кисень. Основу процесу горіння складає хімічне Вчитель хімії перетворення – розклад одних молекул речовини і утворення інших. Тому при вивченні його необхідно знати закони протікання хімічних реакцій. Цим питанням займається хімічна кінетика, яка в свою чергу є розділом хімічної фізики. (Учні згадують, що речовина складається з молекул, а молекули з атомів). При сполученні атомів в молекулу відбувається хімічна реакція і виділяється тепло. Така реакція називається екзотермічною. Її спостерігаємо під час горіння тієї ж свічки, де атоми вуглецю з’єднуються з атомами кисню. Вчитель фізики Особливістю явища горіння є здатність його до просторового поширення. Особливо, коли надмірна спека, або туристи залишають тліюче вогнище в лісі. Згоряння лісових масивів призводить до великих втрат: це і зменшення кількості кисню, і втрата рослинного та тваринного світу. Тим паче, у вітряну погоду швидкість поширення лісових пожеж досягає десятків кілометрів на годину. Отже, будьмо пильними. Адже як хочеться погрітися біля вогнища в турпоході, коли в Карпатах затяжні дощі. Давайте послухаємо, про що ведуть розмову наші туристи. (Кілька учнів сидять біля імітованого вогнища). Ми поназбирували хмизу та We have gathered Учень 1 гілок. Я підпалю (запалений breshwood and branches. сірник не підпалює хмиз). Щось How, I,m trying to set them on нічого не виходить. Очевидно, fire. But my attempt has хмиз сирий. Чому ж він горить failed. Lean’t do anbything. гірше?

Perhaps, the brushwood is wet. Why das it burn worse? Кількість теплоти йде на Quality of heat goes on Учень 2 випаровування води. the evaporation of water Та й однієї сірничини не But one match isn’t Учень 3 досить, щоб запалити поліно enough to burn a log Зрозуміло. Кількості I see. She quantity of heat Учень 1 теплоти, що віддає при згоранні that match is giving to the log сірник, недостатньо для isn’t enoudh for the heating нагрівання поліна до the log to the burning температури горіння. Все-таки temperature. But a part of the частина теплоти за явищем heat (according to the thermal 55

теплопровідності йде на прогрівання внутрішньої частини поліна. От нам би сюди трохи пороху. Та ні, ти помиляєшся. Порох має велику швидкість згоряння. Вся енергія пороху виділиться за долі секунди, рідина з дров не встигне випаруватись

conductinty) goes to the heating the inner part of the log Oh, we need some gun Учень 4 powder But no, you are wrong. Учень 5 She gun pavder has got hogh speed of burning. All energy of gun powder will be distinguished in a few seconds, liquid of the logs will not waporate in time А відомо вам, що саме Do you know that it was Група істориків Альфред Нобель 7 травня 1867р. Alfred Nobel who got patent отримав патент на виробництво for the producting explosive вибухової речовини динаміту, substance – dynamite in the 7який був виготовлений на th of May, 1867. It had been основі нітрогліцерину. Спочатку produced on the basis of динаміт застосовувався в nitroglycerine.

At first мирних цілях: для створення за dynamite was used on допомогою вибухів тунелів і peaceful purposes. With the каналів, прокладання шляхів, help of exposion they created добування корисних копалин. tunnels and canals, made new roads, mined mineral resources А якщо трохи бензину What if we add some Учень 6 взяти, чи нафти, чи солярки? petrol or oil? Це можна. Всі ці речовини є That’s, OK. All these Учень 7 видами палива. substances are kinds of full (finse). (Лаборант вмикає лампочку і вогнище запалало). Ваші зусилля на науковій ниві марно не пройшли. Вчитель фізики Бажане тепло є. З’ясуємо, які є види енергетичних ресурсів. Енергетичні ресурси – це матеріальні об’єкти, в яких Група вчених зосереджена енергія, придатна для практичного використання людини. Енергоресурси поділяють на первинні та вторинні. Первинні енергоресурси – це природні ресурси, які не переробляли і не перетворювали: сира нафта, природний газ, вугілля, горючі сланці, вода річок і морів, гейзери, вітер тощо. Первинні ресурси поділяють на поновлювані та непоновлювані види енергії.

56

Поговоримо про поновлювальні джерела енергії Поновлювані джерела енергії (ВДЕ) ми використовуємо по різному. Можна користуватися сонячною енергією напряму, наприклад, у сонячних батареях. Великі панелі сонячних батарей застосовуються на космічних станціях. У сонячній батареї світлова енергія Сонця перетворюється на електричну енергію. У тих місцевостях, де протягом року багато сонячних днів, можна обладнати сонячні батареї на даху і використовувати енергію Сонця у побуті. Є навіть проекти автомобілів, які рухаються завдяки енергії, що виробляється сонячною батареєю, що розміщена на даху такого автомобіля. Можна приборкати енергію того чи іншого природного процесу. Таким шляхом ми йдемо, коли використовуємо енергію води на гідроелектростанціях, енергію морських припливів у припливних електростанціях, енергію вітру у вітрових електростанціях. У разі застосування поновлюваних джерел енергії зростання енергосопживання на Землі не порушує загальну теплову рівновагу і не спричинює загальне потепління. Ми не змінюємо кількість енергії, що надходить на Землю і йде з Землі. Звідси перша перевага таких джерел енергії – вони не завдають шкоди природі. Поновлювані джерела енергії постійно поповнюють Вчитель фізики свою енергію від Сонця, і їх вистачить на мільйони, чи, навіть, на мільярди років – до тих пір, поки існує Сонце. Це їхня друга перевага. Згідно з класифікацією Міжнародного енергетичного агенства до поновлюваних джерел енергії належать наступні категорії: – тверда біомаса і тваринні продукти – газ/рідина з біомаси – муніципальні відходи – промислові відходи – гідроенергія – геотермальна енергія – сонячна енергія – енергія вітру – енергія припливів, морських хвиль і океану Вчитель фізики Група екологів

57

(Вчитель аналізує з учнями таблицю „Класифікація первинної енергії” та таблицю порівняння запасів енергії на землі)

58

Найбільш невичерпна кількість саме поновлюваних джерел енергії, які є чистими і не забруднюють навколишнє середовище. З’ясуємо процес утворення невідновлюваних джерел енергії. Мільйони років тривав процес розкладання рештків Група вчених тварин і рослин, що колись переробили і зберегли сонячну енергію. У результаті утворилися такі непоновлювані джерела енергії. Важливі з поміж них – нафта, вугілля, природний газ, торф і уран. Непоновлювані вони тому, що потрібні мільйони років, аби мізерні кількості щорічних запасів сонячної енергії перетворилися на великі поклади вугілля, нафти, газу чи урану. Енергія таких джерел зберігається тільки на Землі. Поки людство не почало використовувати непоновлювані джерела, кількість накопиченої в них енергії залишалась сталою. І як тільки люди почали використовувати непоновлювані джерела, кількість накопиченої в них енергії почала незворотньо зменшуватися. Швидкість, з якою ми витрачаємо непоновлювані джерела енергії, в багато разів перевищує час їх утворення. Під час горіння атоми вуглецю, які містяться в Вчитель фізики паливі, з’єднуються з атомами кисню, утворюючи вуглекислий газ і оксид вуглецю. До складу продуктів згоряння входять сполуки сірки, азоту та інших хімічних елементів.Потрапляючи в атмосферу, вони змінюють її склад і негативно впливають на природні процеси. Близько 80% всіх видів забруднень біосфери зумовлені добуванням, переробкою і використанням палива. В екологічному відношенні не всі види палива Група екологів рівнозначні. Найбільша кількість забруднюючих речовин виділяється під час згоряння вугілля і нафтопродуктів. Вони спричиняють додаткове нагрівання атмосфери і гідросфери. Якщо рівень забрудненості атмосферного повітря при використанні вугілля прийняти за 1, то спалювання мазуту дає 0,6, а природного газу – 0,2. А тому в тепловій енергетиці доцільно використовувати природний газ. (учень демонструє таблицю) Негативним наслідком зростаючого енергоВчитель фізики споживання є парниковий ефект. Вчитель фізики

59

Група вчених

В останні десятиліття проблемі парникового ефекту звертається все більше уваги. Розрізняють природній парниковий ефект і парниковий ефект, що виник у результаті діяльності людини. Узагалі парниковий ефект необхідний для підтримки життя на Землі. Без нього середня температура на Землі була б –18 °С. Завдяки природному парниковому ефекту вона становить +14 °С. Парниковий ефект називається так тому, що атмосфера Землі діє, подібно стінам і дахові парника або теплиці. У теплиці сонячна енергія, переважно у вигляді світла проходить крізь скляні стіни і дах, досягає землі та нагріває її. Нагріта земля починає випромінювати енергію, але вже у вигляді тепла, а не світла. Стіни і стеля теплиці поглинають теплове випромінювання землі й не випускають його назовні. Дуже спрощено шар повітря навколо Землі, що ми називаємо атмосферою, діє як скляний дах теплиці. На Землі життя балансує на вістрі ножа. Що ми маємо на увазі, можна пояснити на прикладі двох планет – Марса і Венери. У Венери, що ближче нас розташовано до Сонця, є атмосфера, яка на 97% складається з вуглекислого газу. Температура біля поверхні планети досягає +500 °С. Саме парниковий ефект створює таку високу температуру, і життя навряд чи може існувати за таких умов. Марс далі від Сонця, ніж Земля, тому отримує від нього менше енергії. Атмосфера Марса на 95% складається з вуглекислого газу, але дуже розріджена. Атмосферний тиск біля поверхні Марса в 200 разів менший, ніж біля поверхні Землі, тому на Марсі немає парникового ефекту. На цій планеті дуже холодно: –50 °С у середніх широтах і –100 °С у полярних широтах. Останні дослідження свідчать, що життя на Марсі колись існувало. Проте природні умови на цій планеті настільки суворі, що такі складні організми, як рослини, тварини, люди не можуть там жити. На Землі склалися унікальні природні умови. Але в результаті діяльності людини, пов’язаної, насамперед, зі спалюванням палива і вирубуванням лісів на планеті, в атмосфері збільшується концентрація так званих „парникових газів”. Це вуглекислий і чадний гази, метан, оксиди азоту. Нагромадження парникових газів у 60

Група хіміків

Група вчених

атмосфері порушує природний температурний баланс на планеті й спричинює загальне потеплення і зміну клімату. Цей ефект, зумовлений саме діяльністю людини, звичайно, і називають „парниковим”. Найбільше занепокоєння викликає те, що парниковий ефект є причиною загального потеплення на Землі, Якщо цей процес триватиме і далі, то підійметься рівень світового океану, великі ділянки землі опиняться під водою, постраждають сотні мільйонів людей. Міграція великих мас населення також може призвести до серйозних наслідків. Фахівці з клімату вважають, якщо ми не знизимо викиди парникових газів у атмосферу, то до кінця XXI ст середня температура на Землі підвищиться на три градуси. Спробуємо змоделювати парниковий ефект. Для цього нам знадобиться два термометри з однаковою шкалою. Вони повинні уміститися в посудинах з кришками, о закручуються. В одну посудину покладіть шматочок чорного матового картону, що закриє зсередини приблизно половину посудини. Термометр у посудині повинен знаходитися в затемненій картоном частині. В іншій посудині таким самим чином розташуйте алюмінієву фольгу. Термометр знаходиться в затемненому боці від фольги. Поставимо посудини одну біля одної, а між ними запалену свічку. Поставимо їх на що-небудь, що може служити як теплоізоляційний матеріал, наприклад, на книжку. Переконаймося, що термометри знаходяться в затемнених частинах посудин. Незабаром ми переконаємося, що температура піднімається швидше в посудині з чорною картонкою. От що відбувається: Сонячні промені – це світлове і теплове випромінювання. Скло легко пропускає світло, але погано – тепло. У посудині алюмінієвою фольгою промені відбиваються від металу і тому промені залишають посудину так само легко, як і потрапляють в неї. У посудині з чорною картонкою вони поглинаються, власне, картонкою. Сонячна енергія нагріває картонку, її температура підвищується. Нагріта чорна картонка сама випромінює енергію, але променям важко вийти назовні через скло. Енергія теплового 61

випромінювання залишається в посудині, збільшуючи температуру повітря в ній. У такий же спосіб діє атмосфера Землі. До речі, з 1996 р. Норвегія утилізує вуглекислий газ Вчитель фізики у порожнинах скель під водою, не випускаючи його в атмосферу і не створюючи парникового ефекту. Важливою екологічною проблемою стало випадання кислотних дощів. Перші відомості про негативні наслідки зрослого Група істориків енергоспоживання були отримані понад 100 років тому, коли англійський хімік А.Сміт, виявивши залежність між рівнем забруднення повітря над містом Манчестером і кислотністю опадів, подарував світові термін «кислотні дощі». У повітря викидаються невидимі небезпечні гази. Група екологів Сірчистий газ від спалювання вугілля і нафти разом з оксидами азоту потрапляє в атмосферу де, вступаючи в реакцію з киснем і парами води, утворює кислоти. А на землю випадають так звані кислотні дощі. Найвищі дерева, верхівки яких сягають хмар, втрачають листя. Поширюється так звана суховерхість. Найчастіше уражуються хвойні дерева, тому що зміна хвої відбувається рідше, ніж зміна листя, і вона накопичує більше шкідливих речовин. Кисла вода стікає в річки й озера, вимиваючи з ґрунту деякі іони, наприклад, алюмінію. При цьому вона стає ще кислішою. У ній гинуть личинки комах і, навіть, риби, такі як форель, харіус, лосось, плотва і щука. Кислотні дощі порушують функціонування водних екосистем, сприяють деградації лісів і грунтів, руйнують культурну спадщину людства, роз’їдаючи мармурові й вапняні пам’ятки й архітектурні споруди, вік яких вимірюється тисячоліттями. Причому це може відбуватися за багато кілометрів від промислових центрів, відкіля вітер переносить „кислі” хмари. Проникає кислотний дощ і в грунтові води, де кислоти вимивають з порід різні токсичні метали (цинк, свинець, ртуть) і питна вода стає небезпечною для здоров’я. При спалюванні непоновних енергоджерел, передусім вугілля, в атмосферу виділяються пил, сажа, сірка, хлор, фтор, важкі метали (цинк, свинець, нікель, мідь, хром, кадмій, ртуть), органічні сполуки, що є 62

джерелом тяжких захворювань. При звичайному горінні ядра атомів не змінюються. Група вчених На сучасному етапі можна говорити про горіння на ядерному рівні. Це, наприклад, процес енерговиділення на Сонці і інших зорях. Крім вуглеводневого палива й урану, в природі є ще один вид невідновлюваної енергетичної сировини, яку вважають сировиною майбутнього – дейтерій, або важкий водень. Це паливо для термоядерних реакторів, які ще не створені. Вчені намагаються вирішити проблеми керованого термоядерного синтезу, основою яких є створення умов самопідтримуваності і регульованості швидкості горіння. Отож, назвіть недоліки у споживанні Вчитель фізики непоновлюваних енергоджерел. Першим недоліком є їх вичерпність Учень Другим – використання непоновлювальних джерел нергії завдає великої шкоди природі. Очевидно, кожний вид палива, згораючи, має свою Вчитель фізики властивість виділяти тепло. Фізична величина, що показує, яка кількість теплоти виділяється при повному згоранні палива масою 1 кг, називається питомою теплотою згоряння палива. (В зошит учні записують позначення і одиниці вимірювання фізичної величини). Числові позначення питомої теплоти згоряння палива занесені в таблицю. (Учні вибірково беруть участь в з’ясування фізичного змісту питомої теплоти згоряння палива). Для вугілля q1  3  107 Дж/кг, для водню q2  12  107 Дж/кг. Як видно q2  q1 у 4 рази. Це означає, що є можливість одержати таку саму кількість теплоти, взявши в 4 рази менше палива. Слід зауважити, що табличні значення відповідають кількості теплоти, що виділяється лише при повному згоряння палива, оскільки шлак, сажа, що залишаються після згоряння палива, теж горять. Тому в реальних умовах кількість теплоти, віддана паливом, не завжди збігається із значенням питомої теплоти згоряння, наведеним в таблиці. Щоб запобігти цьому явищу, існують способи найкращого спалювання різних видів 63

палива: вугілля і нафти через форсунки в розпиленому стані, газифікування вугілля і нафтопродуктів. В промисловості, побуті використовуються значно Вчитель фізики більші, ніж 1 кг, маси палива. Як обчислити всю кількість теплоти, віддану паливом масою m при повному згоранні? (Вчитель пропонує висновки, зроблені учнями, співставити з матеріалом підручника, і основні формули записати в зошит). (Вчитель пропонує закріпити знання учнів, демонструючи таблицю з поетичними рядками про формулу визначення кількості теплоти). Коли паливо горить, m на q помнож – і вмить Ти дізнаєшся, яка Виділялась теплота Q  mq Q – кількість теплоти, Дж m – маса палива, кг Дж q – питома теплота згоряння палива, кг Я пропоную вам підрахувати витрати, які йдуть на Вчитель фізики нагрівання склянки чаю Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання 200 г Група вчених води до 70°С і повного чайника (3л) води. Дано: m = 200 г t1 = 20°C t2 = 70°C V = 3л c = 4200 Дж/кг°С  = 103 кг/м3 Вчитель фізики Група вчених Дано: q = 4,4107 Дж/кг Q1 = 42000 Дж Q2 = 630000 Дж

СІ 0,2 кг 310-3 м3

Q1 = cm(t2 - t1) Q2 = cV(t2 - t1) Q1 = 42000,2(70°C - 20°C ) = 42000 (Дж) Q2 = 4200103310-3(70°C - 20°C ) = = 630000 (Дж)

Скільки треба газу для цього спалити?

m = Q/q

m1 = 42000/4,4107 = 4,2/4,410-3 = = 0,8910-3 (кг) m2 = 630000/4,4107 = 63/4410-2 = = 14,310-3 (кг) m2/ m1 = (14,310-3 )/ (0,8910-3) = 16 (разів)

64

Вчитель фізики

Група медиків

Група істориків

Вчитель хімії

Група медиків

Вчитель хімії

Отож, якщо, збираючись до школи, нагріваємо повний чайник, а використовуємо лише склянку води, то витрачаємо палива марно у 16 разів: Відповідно зростають кошти за оплату послуг газопостачання. Ми вважаємо, що пити зранку склянку гарячої води замість сніданку недоцільно. Людина є складною біологічною системою. Для нормального функціонування такої потрібна енергія. До речі, слово енергія вперше введено в 1807 році Томасом Юнгом і воно виявилося дуже плідним для вивчення й опису найрізноманітніших явищ у навколишньому світі. Джерелом енергії людського організму є, зокрема, харчові продукти, які характеризуються калорійністю, тобто кількістю енергії, яку одержує організм в результаті повного засвоєння їжі. 1 калорія – це одиниця вимірювання енергії.1 кал = 4,2 Дж. Людина обмінюється теплом з навколишнім середовищем. Існує думка, що для підтримки життя їй досить споживати на добу їжі, що складає 1% від маси тіла. Їжа має в своєму складі білки, жири і вуглеводи. При їх розпаді вивільняється енергія, яка і використовується живим організмом. В добовому раціоні дорослої людини білки, жири і вуглеводи використовуються у співвідношенні 1:1:4. Причому, 1 г білків і 1 г вуглеводів виділяють однакову кількість енергії – по 16,74 кДж, а при згорянні 1 г жирів виділяється 37,66 кДж. (Аналізує таблиці, представлені в посібнику М.П. Пастушенка Фізика: самостійні та контрольні роботи. 8 клас. – ст. 22-26).

Білки (в Жири (в Група Вік у Вуглеводи, Варіант Стать тому числі тому числі населення роках г тваринні), г рослинні), г ч 14-17 106 (64) 106 (20) 422 Підлітки ж 14-17 93 (56) 93 (20) 367 І ч 17-25 113 (68) 106 (32) 451 Студенти ж 17-25 96 (58) 90 (27) 383 Назва страви Перший сніданок Морква, потерта з яблуками

Маса, г Білки, г Жири, г Вуглеводи, г 150 65

1,5

–

18,1

Каша гречана Чай Другий сніданок Курага розмочена Обід Борщ (півпорції) М’ясо смажене Салат із потертої капусти з лимонним соком Кисіль із сушеної чорної смородини Підвечірок Яблука свіжі Вечеря Котлети з моркви і потертих яблук Суфле із сиру Чай з лимоном На ніч Томатний сік На увесь день Хліб пшеничний грубого помолу Цукор Всього: Зммммммммаааавдання IV

300 200

9,7 –

12,2 –

42,6 –

100

2,5

–

67,9

250 85

10 18,4

8,7 16,3

24,5 10,6

160

2,7

5,5

13,2

200

0,6

–

39,7

100

0,3

–

11,5

230 150 200

6,7 16,3 –

7,2 20,5 –

43 38,3 –

100

0,8

–

3,5

150 20 2395

14,8 – 84,2

7,2 – 77,5

54,6 19,1 386,6

ЗЗЗЗЗЗЗ ттттт

Завдання. Визначити індекс маси свого тіла, користуючись формулою, запропонованою медиками: m IMT  , 2 h де

m – маса тіла (кг); h – ріст (м); норма: від 21 – 25 (кг/м2); повнота: від 26 – 30 (кг/м2); ожиріння: від 31 і більше (кг/м2)

Вчитель хімії

Слід врахувати, що енергетично використана частка їжі ніколи не наближається до 100%, оскільки деяка частина продуктів заміняє тканини організму, використовується для його росту й відкладається в організмі. Надмірне або недостатнє споживання їжі негативно відбивається на стані здоров’я людини: її фізичному розвитку, розвитку психіки та інтелекту.

66

ІІІ. Закріплення матеріалу Закріплюючи знання учнів, одержані на уроці, вчитель звертає увагу на формулу визначення кількості теплоти при повному згоранні палива і ключове слово уроку, яке пропонується скласти з букв, давши відповіді на запитання.

1. Один з агрегатних станів – буква 1 (Газоподібний).

2. Рідина, що має питому теплоємність 4200 – буква 2 (Вода).

3. Вид палива, який утворюється з рослин – буква 3 (Торф).

4. Вид палива, який значно забруднює атмосферу – буква 4 (Вугілля).

5. Газ, в якого питома теплота згоряння 12107 Дж/кг – буква 5 (Водень).

6. Вид палива, що використовується в автомобілях – буква 6 (Бензин).

7. Яке слово було введено Томасом Юнгом в 1807 р. для опису й вивчення явищ природи – буква 7 (Енергія). Отже, складене слово – ГОРІННЯ – процес сполучення атомів С з атомами О з виділенням енергії. (Інший варіант. По демонстраційному столу їде іграшковий поїзд. Вчитель повідомляє, що це поїзд з подарунками, пропонує прочитати напис на вагонах Q = qm, з’ясувати, в якому випадку ми користуємося даною формулою та яку фізичну величину розуміють під кожною буквою. А дарунками є оцінки за активність на уроці. Кольорові паперові сердечка відповідають різним оцінкам, які одержали учні.) ІV. Закінчення уроку Запитання до учнів.

– Чи сподобався вам урок?

– Що найбільше сподобалось?

– Що було зайвим?

V. Домашнє завдання § згідно підручника. (Інший варіант.) Пропонується розв’язати задачу: “Внаслідок повного згоряння сухих дров виділилося 110000 кДж енергії. Скільки дров згоріло?” Відповідь задачі буде номером параграфа, який треба вивчити. (Інший варіант.) Пропонується розвязати задачу оформлену в паперову квітку.

УРОК 13 Тема. Розв’язування задач на визначення кількості теплоти при згорянні палива. Мета. Удосконалити вміння учнів з даної теми. Продовжувати вчити учнів користуватися довідковою літературою. Класифікувати типи задач. Розвивати логічне мислення, 67

вміння аналізувати, оцінювати результати роботи, працювати злагоджено однією командою. Тип уроку. Урок удосконалення знань і формування вмінь розв’язувати задачі. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань Перевірка домашнього завдання. Запитання до учнів: Чи справились ви з домашнім завданням? Які труднощі виникли при розв’язуванні задач? (Базуючись на одержаних знаннях з теми, вчитель пропонує розв’язати на дошці три задачі. Урок будуємо як змагання трьох команд з визначенням переможця. Кожна команда обирає учня, який буде розв’язувати задачу біля дошки. Всі учні конкретної групи, розв’язуючи цю ж задачу самостійно, мають можливість звірити свої записи із записами на дошці. Вчитель контролює запис на дошці. Учні коментують записи на дошці у випадку незрозумілого). Задача 1. Чи однакова кількість теплоти виділяється при повному згорянні 5 кг сухих дров і 1470 г деревного вугілля. Дано: m1  5кг m2  1470г

Дж кг Дж q2  34  106 кг q1  13  106

СІ

Q1  m1q1 1,47 кг

Q2  m2 q2 Q  Q1  Q2 Дж  65  106 Дж  6,5  107 Дж кг Q2  1, 47кг  34  106 Дж  49,98  106 Дж  5  107 Дж Q1  5кг 13 106

Q  6,5  107 Дж  5  107 Дж  1,5  107 Дж Q1 , Q2  ? Задача 2. Якою масою спирту можна замінити 1 кг нафти?

68

Дано: mн  1кг

Дж кг Дж qс  27 106 кг qн  44  106

Qн  Qc mн qн  mc qc mc 

mн qн qc Дж кг  1,63кг 6 Дж 27  10 кг

1кг  44  106 mc 

mc  ? Задача 3. На скільки градусів можна було б нагріти 20 л води за рахунок кількості теплоти, що виділяється при повному згорянні 0,1 кг природного газу, вважаючи, що вся теплота піде на нагрівання води? Дано: V  20 m  0,1кг

  103

кг м3

Дж c  4200 кг°С Дж q  44  106 кг

t  ?

СІ 2  10 2 м3

Qв  Qг Qв  cV t Qг  mq cV t  mq mq t  cV 0,1  44  106  52  °C  4200  103  2 102 Дж   кг    кг  t    Дж кг    °C  3   м   кг С м3  t 

(В іншому варіанті вчитель застосовує фронтальне опитування. Запитання: 1. Звідки людина бере теплову енергію? (Спалюючи різні речовини) 2. Що таке горіння? (Особливий вид хімічної реакції окиснення, яка супроводжується інтенсивним виділенням теплової енергії) 3. Яка речовина підтримує горіння? (Оксиген) 4. Які джерела енергії вам відомі? (Поновлювані і непоновлювані) 5. Які види палива відносяться до непоновлюваних джерел енергії? (Нафта, газ, вугілля, торф, сланці, уран).

6. Які види поновлювальних джерел енергії вам відомі? (Енергія 69

вітру, сонячна енергія, енергія геотермальних джерел, води в ріках, океанах, морях) 7. В чому переваги поновлюваних джерел енергії від непоновлюваних? (Поновлювані – невичерпні, не шкодять навколишньому середовищу, непоновлювальні – вичерпні, змінюють середовище на шкоду людині) 8. За якою формулою можна знайти кількість теплоти при згорянні палива? ( Q  qm ) 9. Який фізичний зміст питомої теплоти згоряння палива? (Кількість теплоти, яка виділяється під час повного згоряння 1 кг палива) 10. Звідки ми знайдемо питому теплоту згоряння палива? (З таблиці) Дж 11. Які одиниці вимірювання питомої теплоти згоряння палива? ( ) кг Або учні проводять змагання, задаючи питання один одному з теоретичного матеріалу). ІІІ. Розв’язування задач 1. (Вчитель пропонує учням скласти узагальнюючу таблицю, використовуючи одержані знання з теми «Кількість теплоти» та «Енергія палива». Оцінюється швидкість та правильність виконання завдання як індивідуально, так і в командному складі.) Теплопередача

нагрівання тіла

охолодження тіла

кількість теплоти Q  cmt

згоряння палива

кількість теплоти Q  qm

2. Одним з питань попереднього уроку було дослідження групою лікарів проблеми харчування людини. Якість харчових продуктів визначається і їхньою калорійністю, тобто тією кількістю енергії, яку одержує організм в результаті повного засвоєння їжі. Задача 1. На основі таблиць калорійності продуктів харчування розрахувати, скільки достатньо спожити їжі, щоб компенсувати добову витрату енергії в кількості 1300 ккал для малорухомого восьмикласника. (Учні дають свої пропозиції, використовуючи дидактичні матеріали з фізики – Гандзій Р.Я. Дидактичний матеріал з фізики. 8 клас. – ст. 12,13. Завдання виконує вся команда. Оцінюється швидкість виконання та якість запропонованого меню)).

70

Приблизний варіант відповіді. В таблиці вказана калорійність на 100 г продукту. Тому зміна маси продукту веде до зміни кількості ккал.

100 г хліб – 220 ккал 50 г м’ясо нежирне – 65 150 г картопля – 129 100 г квашена капуста – 11 50 г печиво – 210 100 г какао – 200

100 г гречка – 320 100 г молоко – 60 120 г карамель – 66 50 г сік – 20 Всього: ≈1300 ккал

Задача 2. (Проводиться фронтальний аналіз задачі з наступним розв’язуванням її самостійно в зошиті. Учень, який першим виконав завдання, записує задачу на дошці). На яку висоту можна підняти людину масою 80 кг за рахунок енергії, що виділяється при згорянні 100 г цукру? При згорянні 1 г цукру виділяється приблизно 17, 2 кДж енергії. Дано: СІ m1 = 80кг За законом збереження енергії m2 = 100 г 0,1 кг m2 Е1 = 17,2 кДж 17200 Дж m1gh = E = n·Е1 = ·Е1 = 100·Е1

0,001

h-?

h = 100·Е1/ (m1g) h = 100·17200/(80·9,8) = 2,19·103(м)

Задача 3. (Оцінюється як індивідуальна робота учня) Робітник протягом дня виконав роботу 10080 кДж. Як змінилась внаслідок цього його внутрішня енергія? (Згадаємо, що 1 ккал=4200 Дж.

10080000 Внутрішня енергія робітника зменшилась на  2400 ккал) 4200 На минулому уроці ми з’ясували, що не вся кількість теплоти, яка утворюється під час згоряння палива (їжі), йде на нагрівання тіл. Частина енергії втрачається. Тому кожний нагрівник характеризується коефіцієнтом корисної дії (ККД), визначається відношенням корисної кількості теплоти (тієї, що використана для нагрівання) Qk до всієї кількості теплоти Q (тієї, що виділилась під час згоряння палива). Коефіцієнт корисної дії позначають буквою  і вимірюють у відсотках.

Q  = k  100 % Q

71

Задача 4 (Проводиться фронтальний аналіз задачі з наступним розв’язуванням її на дошці). Учень, провівши дослід, побачив, що при нагріванні на спиртівці 300г води від 20оС до 70оС він спалив 7г спирту. Знайти ККД спиртівки. Дано: СІ m1 = 300г 0,3 кг Qk  100 %  = m2 = 7г 0,007 кг Q t1 = 200C cm1t t2 = 70оC  100% q  m2 c = 4200Дж/(кг·К) q = 2,6 107 Дж/кг 4200  0,3  50   100% = 3,5 %  -?

2,6  10 7  0,07 Задача 5 (Оцінюється як індивідуальна робота) Обчисліть ККД нагрівача, якщо ¼ тепла, що виділяється при зрорянні в ньому палива, переходить у довкілля. ( 1 – 1/4 = 3/4 = 0,75 %). ІV. Закінчення уроку Оцінювання учнів, встановлення переможців змагання (можливі призи переможцям).

V. Домашнє завдання § згідно підручника. (Приклад творчого домашнього завдання.

1) У абзаці 3 з § 10 знайдіть виділене слово, яке має пряме відношення до вивченої теми. Кількість букв у ньому вказує на номер вправи. А наступна за словом цифра означає номер задачі, яку треба виконати.

2) Номер вправи після § 10 поділіть навпіл. Одержите номер задачі, яку треба виконати (8:2=4).

3) Якщо номер задачі помножити на 2 і додати 2, то вийде номер вправи після § 10 (2х+2=8, х=3)).

Конспект уроку 14 Тема. Лабораторна робота №4 – Визначення коефіцієнта корисної дії нагрівача. Мета. Виміряти коефіцієнт корисної дії нагрівача. Розвивати вимірювальні навички, вміння спостерігати явища та аналізувати процеси, які відбуваються при цьому, 72

користуватися необхідними приладами, зошитами з друкованою основою. Акцентувати увагу на акуратності та послідовності записів, сприяти самостійності підчас виконання роботи. Обладнання. Терези з важками, вимірювальний циліндр, термометр, посудина з водою, колба, спиртівка зі спиртом (сухий спирт), сірники удосконалення знань і формування Тип уроку. Урок експериментальних умінь. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Проведення лабораторної роботи 1. Вступний інструктаж з техніки безпеки проведення роботи.

- Лабораторне обладнання розміщуйте на своєму робочому місці акуратно, щоб запобігти падінню приладів або їх перекиданню.

- Будьте уважні і дисципліновані, точно виконуйте вказівки вчителя - Не залишайте робоче місце без дозволу вчителя - Не починайте роботи без дозволу вчителя - При проведенні дослідів не допускайте граничних навантажень вимірювальних приладів - Користуйтесь тільки справними приладами - Після завершення лабораторної роботи ретельно приберіть своє робоче місце - Із класу виходьте тільки з дозволу вчителя - При отриманні травми або поганому самопочутті повідомте про це вчителя 2. Ознайомити з правилами користування термометрами - Забезпечити належний контакт вимірювального елемента термометра з тілом.

- Витримати певний час для завершення теплообміну між тілом і термометром та вирівнювання їх температур (Можливі помилки: при вимірюванні температури термометр не можна виймати з посудини з водою).

- Забезпечити обережне поводження з термометром під час роботи та надійне зберігання термометра після завершення вимірювання. З метою загострення ситуації: Чи знаєте ви, що крім теплоти згоряння, найважливішою характеристикою будь-якого палива є його жаропродуктивність. Жаропродуктивність – це максимальна температура, яку можна одержати при повному згорянні палива в повітрі. Наприклад, жаропродуктивність

73

дров – 1600оС, бензину – 2100 оС, кам’яного вугілля – 2050 оС. Чи знаєте ви, що температура полум’я природного газу, що горить у повітрі, досягає 1200 оС, а природного газу, що горить у кисні, – 3000 оС. Така різниця в температурах пояснюється тим, що при згорянні речовини в повітрі значна частина виділеної енергії витрачається на нагрівання газів, що містяться в повітрі й не беруть участі в окисленні, - головним чином, азоту.

2. Хід роботи.

2.1.Налити у вимірний циліндр певну кількість холодної води, Vх 2.2.Виміряти початкову температуру холодної води, tх 2.3.Закріпити колбу в штативі і перелити в неї холодну воду.

2.4.За допомогою терезів знайти масу спиртівки зі спиртом (масу сухого спирту), m1 2.5.Запалити під колбою спиртівку (сухий спирт).

2.6.Нагріти воду до температури tг 2.7.Погасити спиртівку (сухий спирт).

2.8.За допомогою терезів знайти масу спиртівки, m2 2.9.Результати вимірювань занести до таблиці: tх , оС tг , оС Vх, м3 m1, кг m2, кг mх, кг mс, кг

Qк , Дж

Q, Дж

, %

2.10.Опрацювання результатів досліду 2.10.1. Обчислити масу холодної води за формулою mх =  Vх 2.10.2. Визначити масу спирту, що згорів у спиртівці за формулою mс = m1 – m2 2.10.3. Знайти за таблицями питому теплоємність води с та питому теплоту згоряння спирту q 2.10.4. Обчислити кількість теплоти, яку одержала вода під час нагрівання, за формулою Qкор = c mх(tг – tх) 2.10.5. Обчислити кількість теплоти, яка виділилася під час згоряння спирту, за формулою Qзатр = qmс 2.10.6. Визначити коефіцієнт корисної дії нагрівача за формулою Q  = k  100 % Q 2.10.7. Доповніть таблицю результатами досліду.

2.10.8. Записати висновок, в якому зазначити: – Які фізичні величини вимірювали?

– Які отримали результати?

– Чи може коефіцієнт корисної дії бути рівним одиниці?

– Які причини теплових втрат у досліді?

74

III. Закінчення лабораторної роботи Запитання до учнів.

– Чи сподобався вам урок?

– Які труднощі з’явились в процесі виконання роботи?

– Чи виконуєте ви таку роботу в побутових умовах? ІV. Домашнє завдання На розсуд вчителя.

УРОК 15 Тема. Контрольна робота. Мета. Перевірити засвоюваність матеріалу з теми «Теплові явища. Кількість теплоти. Теплота згоряння палива», вміння застосовувати теоретичні знання до розв’язування задач. Спрямовувати учнів до самостійної, вдумливої роботи, естетичного оформлення завдань, лаконічного та грамотного викладу думки. Тип уроку. Урок контролю та коригування вмінь. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Контрольна робота Контрольну роботу можна проводити в кількох варіантах залежно від особистісних даних учнів. В класах з нижчим рівнем засвоюваності навчального матеріалу достатньо завдання розподілити на два варіанти. До завдань варіанту входять розрахункові задачі, які повинні містити один фізичний процес, та якісні задачі-запитання. Варіант 1.

1.Чому для утеплення будівель використовують такі матеріали, як пінопласт, мінеральна вата, монтажна піна, усередині яких багато повітря?

2. Алюмінієва деталь масою 200 г під час роботи нагрілося від 20 до 0 100 С. Скільки енергії витрачається на нагрівання деталі?

3.Скільки теплоти виділяється при повному згорянні 0,1 кг природного газу? Варіант 2.

1.Чому в пристроях для нагрівання води тени (нагрівальні елементи) розташовані внизу?

2. Стальне свердло масою 100 г під час роботи нагрілося від 15 до 0 115 С. Скільки енергії витрачається двигуном на нагрівання свердла?

3. Скільки теплоти виділиться при повному згорянні 200 г спирту?

75

В іншому випадку до наданих учням завдань слід підійти диференційовано: збільшити кількість варіантів, рекомендувати додаткові задачі та індивідуальні варіанти завдань. Варіант 1.

1. Для нагрівання цеглини масою 4 кг від 15 до 300С використали 52,8 кДж теплоти. Визначити питому теплоємність цегли?

2 На скільки градусів можна було б нагріти 20 л води за рахунок кількості теплоти, що виділяється при повному згорянні 0,1 кг природного газу, вважаючи, що вся теплота піде на нагрівання води?

3. Навіщо побутові холодильники фарбують зовні білим? Варіант 2.

1.Чому ватяний одяг добре помагає і в сильну спеку, і в сильний холод?

2. Яка питома теплоємність води об’ємом 1,5 л, якщо вона нагрівається в котлі від 200С до кипіння?

3. Яку масу спирту потрібно спалити, щоб нагріти 2 кг води від 14 до 50 0С, якщо вся теплота, яка виділяється внаслідок згоряння спирту піде на нагрівання води? ІІІ. Закінчення контрольної роботи Контрольну роботу варто завершити за кілька хвилин до дзвоника. І час, який залишився, використати на з’ясування причин труднощів при виконанні завдань, на запитання учнів щодо правильності їх відповідей, на створення благотворного мікроклімату в класі між учнями та вчителем.

УРОК 16 Тема. Плавлення і кристалізація речовин. Мета. Удосконалити знання учнів про агрегатні стани речовини, їх відмінні спільні риси. Показати, що кристалічні тіла мають сталу температуру плавлення і тверднення. Пояснити процес плавлення і кристалізації. Ввести поняття питомої теплоти плавлення. Розвиток логічного мислення, кругозору, спостережливості, вміння аналізувати і узагальнювати. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Вивчення нового матеріалу Проблема 1. З’ясувати основні ознаки агрегатних станів речовини.

76

Шлях розв’язання Назвати речовину, яка в трьох агрегатних станах має різну назву (Лід-вода-пара) На основі знань учнів з природознавства та курсу фізики 7-го класу з’ясовуємо основні ознаки характерні різним агрегатним станам Висновки оформляємо в таблицю Газ Рідина Тверде тіло 1 – – мають кристалічну будову 2 довільне існує порядок в молекули розміщенні в розміщення розміщенні молекул певному порядку 3 рухаються хаотично переміщуються на молекули коливаються невеликі відстані одна навколо певної точки відносно одної 4 майже відсутні слабкі сильні міжмолекулярні міжмолекулярні міжмолекулярні зв’язки зв’язки зв’язки 5 мають форму набирають форму зберігають свою форму посудини посудини 6 займають об’єм зберігають свій об’єм зберігають свій об’єм посудини 7 легко стискаються нестисливі нестисливі 8 міжмолекулярні міжмолекулярні проміжки значно відстані незначні більші самих міжмолекулярні молекул, рух між проміжки порівняні з молекулами по розмірами молекул прямій одна до одної Проблема 2. Демонстрація танення льоду. Чому лід почав танути? Чому цей процес відбувся не відразу (не миттєво)? Шлях розв’язання проблеми Спрямовуємо учнів до думки, що при наданні твердому тілу (льоду) теплоти його температура підвищиться, тобто зміняться фізичні умови, які спричинять якісні перетворення льоду. З досягненням певної температури лід почне плавитися. Процес нагрівання льоду займе певний час. З’ясовуємо основні поняття. Плавлення – це тепловий процес, під час якого тверде тіло переходить у рідкий стан.

77

Температура плавлення – це температура, за якої відбувається плавлення. Висновок: лід плавиться внаслідок теплопередачі, що веде до зміни внутрішньої енергії льоду. Звертаємося до таблиці “Температура плавлення” . Висновок: різні речовини мають різну температуру плавлення. Проблема 3. Чому речовини мають різну температуру плавлення? Конкретизуємо процес плавлення: 1. Плавлення відбувається обов’язково з поглинанням теплоти 2. Плавлення починається тільки при досягненні температури плавлення 3. Плавлення відбувається без зростання температури Перехід речовини з твердого стану в рідкий супроводжується послабленням зв’язків між атомами чи молекулами. На це затрачається додаткова енергія. Висновок: різні речовини мають різну температуру плавлення, оскільки мають різну внутрішню будову: атоми чи молекули різних речовин взаємодіють між собою з різною силою, тому різним речовинам для перетворення їх у рідини потрібна неоднакова кількість енергії. Проблема 4. З’ясовуємо поняття питомої теплоти плавлення, як характеристики енергетичних витрат, необхідних для переходу речовини з твердого стану в рідкий. Питома теплота плавлення – це фізична величина, що дорівнює кількості теплоти, яка необхідна для перетворення 1 кг речовини з твердого стану в рідкий за температури плавлення. За означенням вказуємо на позначення і одиниці вимірювання цієї величини. Дж Q  L     L  m  кг  Аналізуємо таблицю “Питома теплота плавлення” Висновок.

1. Різні речовини мають різну питому теплоту плавлення. кДж 2. Фізичний зміст питомої теплоти плавлення. Lльоду  332 . Це кг означає, що для плавлення 1 кг льоду при температурі плавлення 0 С потрібно затратити 332 кДж теплоти. Логічними міркуваннями з’ясовуємо формулу для визначення кількості теплоти, необхідної для плавлення речовини ( Q  Lm ). Проблема 5. Демонструємо дослід.

78

Скляну пластину кладемо на термоізолюючу прокладку (хустинку, складену в кілька разів). Потовчений лід насипаємо в столову ложку. На пластинку капнемо кілька крапель води і покладемо на неї ложку з льодом. На лід насипемо чайну ложку солі. Через кілька хвилин піднімемо ложку. Як бачимо, скляна пластинка піднімається разом з ложкою. Розв’язання проблеми. Акцентуємо увагу на процесі кристалізації води, як протилежного до процесу плавлення. Висновок: 1. Кристалізація – це процес переходу речовини з рідкого в твердий стан.

2. Температура кристалізації стала величина. Вона різна для різних речовин.

3. Кристалізація супроводжується виділенням теплоти.

4. Кількість теплоти, яка йде на плавлення, дорівнює кількості теплоти, яка супроводжує кристалізацію.

5. Питома теплота плавлення і питома теплота кристалізації рівні між собою.

6. Кількість теплоти, необхідна для кристалізації рідини, визначається формулою Q  Lm . ІІІ. Закріплення матеріалу Пропонуємо учням використати дидактичний матеріал М.П. Пастушенко. Самостійні і контрольні роботи. Задача На малюнку зображено графік залежності температури від часу для теплових процесів, що відбуваються із різними речовинами. Визначити: 1) речовину, з якою відбуваються теплові процеси; 2) кількість теплоти, поглинуту чи віддану речовиною, що відповідає кожному тепловому процесу.

3) Повну кількість теплоти за весь час тривалості теплових процесів.

79

t00  30C t10  0C m  5 кг 1) Аналіз теплових процесів, графіки яких зображені на малюнку, показує: – речовина охолоджується від t00 до t10 .

– кристалізується при t10 . Оскільки температура кристалізації t10  0 , то згідно таблиці про температуру кристалізації визначаємо, що речовиною є вода-лід.

2) Визначимо кількість теплоти, яку віддасть вода при охолодженні. Знайдемо величину питомої теплоємності води Q1  cm(t01 - t00 ) Дж Q1  4200  5кг (0 o C  30 o C)  6,3 105 Дж  0,63 10 6 Дж кг  K 3) Визначимо кількість теплоти, яка виділяється при кристалізації льоду. З таблиці знайдемо значення питомої теплоти кристалізації льоду Q2  Lm Дж Q2  332 10 3  5кг  1,66 10 6 Дж кг 4) Повна кількість теплоти визначається сумою теплот у двох процесах.

Q  Q1  Q2

Q  0,63  106 Дж  1,66  106 Дж  2, 29 106 Дж В іншому варіанті закріплення матеріалу можна провести фронтальним опитуванням основних понять та розв’язуванням якісних запитань і простіших розрахункових задач. Наприклад.

1) Чому на Півночі для вимірювання температури повітря використовують не ртутні термометри, а спиртові? (Температура кристалізації ртуті: –39oC, спирту: –115oC) 2) Дві однакові посудини з поліетилену заповнили водою, температура якої 0oC. Одну посудину вмістимо у воду при 0oC, другу – у подрібнений лід, що має таку саму температуру 0oC. Чи замерзне вода в будь-якій з цих посудин? (Ні. Внутрішня енергія води і льоду не змінюватиметься) 3) На скільки збільшиться під час плавлення внутрішня енергія міді масою 1 кг, взятій при температурі плавлення. (З таблиці питомої теплоти плавлення візьмемо значення L  213 кДж/кг) 80

4) Яка кількість теплоти потрібна для плавлення золота масою 10 г, яке взято при температурі плавлення? Дано: m = 10г кДж L = 67 кг Q–?

СІ 0,01кг 67000

кДж кг

Q  Lm Q  67000

Дж  0,1 кг  6700 Дж кг

IV. Домашнє завдання § згідно підручника. Виконати домашні досліди до теми «Випаровування» та описати спостережувані явища: 1. Налити однакову кількість води в блюдце і в пляшечку.

2. Змочити руку водою і одеколоном.

3. В дві однакові посудини налити однакову кількість води. Одну поставити на кухні на шафу, другу в холодне місце.

4. Налити однакову кількість води у однакові відкриту і закриту посудини.

УРОК 17 Тема. Розв’язування задач на процеси плавлення – кристалізації. Мета. Удосконалити знання, вміння та навички з розв’язування задач на процеси плавлення – кристалізації. Навчити аналізувати гарфіки розглядуваних процесів. Розвивати самостійність в роботі, логічне мислення, культуру записів, кругозір, вміння працювати з довідковою літературою. Тип уроку. Урок удосконалення знань і формування вмінь розв’язувати задачі. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань Дидактична гра. Учні поділяються на два варіанти. На перших партах лежать аркуші паперу, на яких записано завдання. Учні ланцюжком (один за одним) записують відповіді на одне запитання. Перевірку починаємо з того варіанту, який першим закінчив роботу. Учень, який не знав відповіді на своє запитання, передає аркуш без запису. Відповідь на це запитання з’ясовуємо під час фронтальної перевірки відповідейучнів. Всі учні звіряють правильність своїх записів.

1. Процес переходу речовини з Процес переходу речовини з 81

2.

3.

4.

5.

6.

6.

5.

4.

3.

2.

1.

твердого стану в рідину називається ... Температура, за якої відбувається плавлення, називається ... Температура плавлення однієї і тієї ж речовини завжди ... Температура плавлення ... температурі кристалізації Кількість теплоти, яка необхідна для перетворення 1 кг речовини з твердого стану в рідкий за температури плавлення називається ... Які між собою за числовим значенням Lплавлення і Lкристалізації

рідкого стану в твердий називається ... Температура, за якої відбувається кристалізація, називається ...

Формула визначення кількості теплоти при плавленні Чи танутиме лід, температура якого 0 C у воді з температурою 0 C

Формула визначення кількості теплоти при кристалізації Чи кристалізуватиметься вода, температура якої 0 C , якщо до неї кинути лід, температура якого 0 C Як визначити питому теплоту кристалізації з формули Q  Lm Знайти температуру кристалізації міді Яким розплавленим металом можна заморозити воду? Якими одиницями вимірюють питому теплоту кристалізації

Як визначити питому теплоту плавлення з формули Q  Lm Знайти температуру плавлення міді Чи можна в чавунному казані розплавити срібло? Якими одиницями вимірюють питому теплоту плавлення

Температура кристалізації однієї і тієї ж речовини завжди ... Температура кристалізації ... температурі плавлення Кількість теплоти, яка необхідна для перетворення 1 кг речовини з рідкого стану в твердий за температури кристалізації називається ... Чи рівні між собою Lплавлення і Lкристалізації

Очікувані відповіді № 1.

2.

3.

4.

5.

6.

6.

5.

(плавленням) (температура плавлення) (стала величина) (рівна) (питомою теплотою плавлення) рівні Q  Lm лише за умови надання теплоти

82

(кристалізацією) (температура кристалізації) (стала величина) (рівна) (питомою теплотою кристалізації) так Q  Lm лише за умови відведення теплоти

4.

Q m 3. 1085 C 2. Можна 1. Дж кг

Q m 1085 C Ртуть, t = – 39оС Дж кг

L

L

ІІІ. Розв’язування задач Варто розглянути задачі якісні, розрахункові, графічні. Розрахункові задачі поділимо на такі типи: 1) задачі, в яких треба обчислити сумарну кількість теплоти, що виділяється чи поглинається в тепловому процесі 2) задачі на тепловий баланс Алгоритм розв’язування задач 1. Які тіла беруть участь у тепловому процесі?

2. Які процеси відбуваються?

3. Записати формулу визначення кількості теплоти для кожного теплового процесу.

4. Записати формулу визначення сумарної кількості теплоти, або рівняння теплового балансу.

5. Визначити шукану величину. На цьому уроці розділимо учнів на гомогенні групи і запропонуємо завдання, виходячи з їх можливостей. Це означає, що для учнів з невисокими особистими здібностями умови задач можуть супроводжуватись короткими письмовими інструкціями, які містять план виконання роботи. Для учнів, які добре встигають з фізики, ставиться вимога творчого підходу до роботи, самостійного складання плану дій, аналізу процесів та оцінки результатів. Завдання оформлені на картках. Ці завдання можуть бути типовими і роздані кожному учню в групі, або дане одне завдання для всієї групи. Перевірка виконаної роботи здійснюється вчителем або кращими учнями. Наведемо приклади карток. Картка 1. І. Яка кількість теплоти потрібна для плавлення свинцю масою 2 кг взятого при температурі плавлення? Запитання: 1. Про яке тіло йде мова в задачі?

2. Яка маса тіла?

3. Подивись у таблицю і знайди питому теплоту плавлення свинцю?

4. Запиши ці дані в зошиті.

83

5. Яку величину тобі треба обчислити?

6. Якою буквою позначається ця величина?

7. Запиши формулу визначення кількості теплоти при плавленні.

8. Зроби відповідні обчислення. ІІ. Оболонки космічних кораблів виготовляють з тугоплавких металів і спеціальних сплавів. Чому? ІІІ. Чи розплавиться шматок свинцю, якщо його кинути у розплавлене олово, взяте при температурі плавлення? Запитання: 1. Знайди в таблиці температуру плавлення свинцю та олова.

2. Зроби висновок Очікувана відповідь І. 1) свинець 2) маса тіла 2 кг Дж 3) L  2,5 104 кг 4) Дано Q  Lm Дж Дж L  2,5 104 Q  2,5  104  2кг  5  104 Дж кг кг m  2кг Q ? ІІ. В результаті тертя температура оболонки зростає; що може привести до її плавлення. ІІІ. 1) Т св  327 С 2) Т 0  232 С 3) Ні Картка 2.

1. У скільки разів потрібно більше енергії для плавлення льоду при 0 С , ніж для нагрівання такої самої маси льоду на 1 С .

2. Яка кількість енергії потрібна для плавлення бруска з цинку масою 500 г, який взято при температрурі 20 С ?

3. Чому взимку мокрі пальці “примерзають”, коли ними торкнутися металевих предметів і не “прилипають” до дерев’яних? Очікувана відповідь 1. Зверніть увагу на фізичний зміст питомої теплоти плавлення льоду і питомої теплоємності льоду. Дж 34  104 кг  162 рази n Дж 2100 кг°С

84

2. Дано m  500 г t0  20 C

СІ 0,5 кг

Q1  cm  tпл  t0 

tпл  420 C L  12 10 4 Дж c  380 кг Q ?

Q  Q1  Q2

Дж кг

Q2  Lm Q  cm  tпл  t0   Lm Q  380  0,5  420  20   12  104  0,5   7,6  104  6  10 4  13,6  104

Дж Дж   кг  С   кг    Дж  кг  кг°С  3. Вода на мокрих пальцях кристалізується в результаті доброї теплопровідності металу.

Q   

Картка 3.

1) Користуючись малюнком і таблицею, визначити: а) речовину, з якою відбуваються теплові процеси; б) кількість теплоти, поглинуту чи віддану речовиною; в) повну кількість теплоти за весь час тривалості теплових процесів.

t0  0 C t1  80 C m  10 кг 2) Яку масу бензину необхідно спалити, щоб 400 г сталі нагріти від 20 С до температури плавлення і перетворити в рідкий стан?

3) У чому полягає руйнівна дія морозу на рослини? Очікувана відповідь 1) а) лід, бо t0  0 (температура плавлення) Дж б) Q1  Lm , Q  34  10 4  10кг  34  105 Дж кг Дж L  34  10 4 кг Дж Q2  cmt , c  4200 кг°С Дж Q2  4200  10   80C  0C   33,6  105 Дж кг  °С в) Q  Q1  Q2

Q  34  105 Дж  33,6  105 Дж  67,6  105 Дж 85

2) Дано: mc  400 г

Дж кг°С Дж L  27  104 кг t0  20С с  500

СІ 0,4 кг

Qc  Q Qc  cmc  tпл  t0   Lmc Q  qm m 

cmc  tпл  t0   Lmc q

Дж  Дж   кг  °С   кг   кг°С кг  m       кг  6 Дж Дж q  46  10   кг кг   m  ?

500  0,4 1400  20   27  104  0,4 m   46  106  0,83  10 2 кг  8,3г 3) Вода, охолоджуючись до 0С , збільшує свій об’єм. Тому, сік рослин кристалізується і розриває тканини клітин. Картка 4.

1) Яка витрата енергії на процеси, які відповідають кожній ділянці графіка, якщо маса льоду 0,5 кг. tпл  1400С

2) З якої висоти повинен впасти кусок олова, щоб при ударі об землю він розплавився? Початкова температура олова 0 С , а втрату теплоти прийняти за 50%.

3) Чи змінюється потенціальна енергія молекул, коли речовина: а) плавиться; б) кристалізується; Очікувана відповідь 1) На графіку зображені процеси: нагрівання льоду, плавлення льоду, нагрівання води.

86

Дано: m  0,5кг

Q  Q1  Q2  Q3

t0  20С

Q1  cл m  tпл  t0 

tпл  0С

Q2  Lm

t1  100С

Q3  cв m t1  tпл 

Дж кг°С Дж св  4200 кг°С Дж L  34  10 4 кг Q ?

Q1  2100  0,5  0   20    2,1  104  Дж 

сл  2100

Дж кг

t0  0С tпл  232С Q  0,5А с  250

Q3  4200  0,5  100  0   21  104  Дж  Q  2,1 10 4  17 104  21  104  40,1  104 Дж

0,5 A  Q

2) Дано:

L  5,9  10 4

Q2  34  10 4  0,5  17  10 4  Дж 

Дж кг

h ?

0,5mgh  cm  tпл  t0   Lm h

ctпл  L 0,5 g

250  232  5,9  10 4 h  23400м 0,5  9,8 Дж    Дж     °С+    Дж   Н  м  Н м  h   кг°С м кг    м    кг  м       м  Н     кг  2   2  с2 с   с    

3) Так. ІV. Домашнє завдання § згідно підручника (Варіант творчого домашнього завдання. Вивчити параграф, сума цифр якого рівна номеру задачі, яку треба виконати з вправи після параграфа, і дорівнює числу десятків у номері 46 сторінки підручника. §13 № 9(4) ст. 46)

УРОК 18 Тема. Випаровування і конденсація. Мета. Формувати знання про випаровування і конденсацію з точки зору молекулярно-кінетичного вчення. Встановити умови, від яких залежить процес випаровування. З’ясувати питання

87

енергетичних витрат в процесі випаровування і конденсації. Розвивати логічне мислення, кругозір учнів, вчити спостерігати, встановлювати причинно-наслідкові зв’язки при поясненні явищ, формувати власну думку, використовувати фізичну термінологію. Сприяти шанобливому ставленню до природи. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційним момент ІІ. Вивчення нового матеріалу Урок ведеться в режимі діалогу, учні висловлюють свої думки. На уроці науковий зміст народжується як знання, якими володіє і вчитель, і учні. Дії вчителя Дії учня Запитання до учнів: 1.Які вам відомі агрегатні стани 1. Твердий, рідкий, газоподібний. речовини?

2. Чи можуть речовини переходити 2. Можуть з одного агрегатного стану до іншого?

3. Вода, лід, пара 3. Як називається речовина, яка в трьох агрегатних станах має різну назву?

4.Плавлення-кристалізація, як 4. Які зміни агрегатного стану ви перехід з твердого стану в рідкий, і вже знаєте? навпаки (Вчитель наголошує, що при вивченні теми «Випаровування» більш прийнятним терміном для вживання є не «газоподібний стан», а «пароподібний стан») Проблема 1. Чи може речовина Висловлюють свої думки, наводять перейти з рідкого стану в приклади. пароподібний? Висновок: процес переходу речовини з рідини в пароподібний стан називається пароутворенням. Записують тему уроку в зошиті.

88

Пароутворення

Випаровування

кипіння

Процес переходу рідини в пароподібний стан з поверхні рідини

Процес переходу рідини в пароподібний стан з усього об’єму рідини

Проблема 2. Чи може речовина з твердого стану перейти в пароподібний, минаючи стан рідини? Запитання: Чи спостерігали ви, що мокра білизна висихає на морозі? Процес переходу речовини з твердого стану в пароподібний, минаючи стан рідини, називається сублімацією. Перевірка домашніх дослідів:

Висловлюють свої думки

Висновок: вода, яка міститься в білизні, кристалізується і на основі явища сублімації випаровується

Вибірково зачитують тему досліду, його опис, висловлюють думки щодо процесу випаровування рідини (зменшення рівня води в посудині як наслідок того, що молекули покидають поверхню води) 1.Спостерігали випаровування води. З блюдця вода випаровувалась швидше.

2.Випаровування одеколону відбувалося швидше.

3.На кухні вода випаровувалася швидше.

4. Швидше випаровувалась вода у відкритій посудині.

1. Налити однакову кількість води в блюдце і в пляшечку.

2.Змочити руку водою і одеколоном.

3. В дві однакові посудини налити однакову кількість води. Одну поставити на кухні на шафу, другу в холодне місце.

4. Налити однакову кількість води у однакові відкриту і закриту посудини. Спонукає до аналізу дослідів з Висновок: метою встановлення факторів, від 1.видкість випаровування залежить яких залежить випаровування. від площі поверхні 2.Швидкість випаровування

89

залежить від роду речовини 3.Швидкість випаровування залежить від температури: із зростанням температури швидкість випаровування зростає.

4.Швидкість випаровування залежить від наявності конвекційних потоків (вітру). Запитання: Робінзон помітив що деякі рослини на його Острові перед дощем: а) сохнуть, б) плачуть, в) скручуються. Виберіть правильну відповідь. ш в и д к і с т ь

(Розмірковують). Очікувана відповідь: плачуть Висновок. Швидкість випаровування залежить від зовнішнього тиску.

в и п а р о в у в а н н я

температура площа поверхні

вітер

з а л е ж и т ь

зовнішній тиск

речовина

Проблема 3. Як пояснити явище випаровування з точки зору молекулярної будови речовини? Пропонує текст, який треба Молекули рідини рухаються з ... доповнити словами. швидкістю. Вони мають ... кінетичну енергію. У поверхневому шарі сили між молекулами ... для утримання молекул в рідині. Тому молекули можуть ... поверхню рідини, утворюючи її ... Очікувана відповідь: різною, велику, недостатні, залишити, пару Задача. 1 Як почуває себе людина, коли Висловлюють свої думки виходить після купання з річки? Запитання: 1.Чи залишились краплини води на Так тілі людини?

2.Чи одержують краплини води Так теплоту від тіла?

3.Чи збільшується внутрішня Так енергія краплин води?

90

4.Чи зростає кінетична енергія молекул води у краплині?

5.Чи слабшають зв’язки між молекулами у поверхневому шарі?

6.Чи зможуть молекули залишити поверхню краплини?

7.Чи «зникають» з часом краплини води з тіла людини?

Так Так Так

Так Висновок 1. Краплини води випаровуються.

8.Чи зменшується внутрішня Так енергія тіла під краплинами?

9.Чи веде зменшення внутрішньої Так енергії тіла до зниження його Висновок 2. Людина відчуває температури? прохолоду. Спонукає до висновку 3 Висновок 3. При випаровуванні енергія поглинається. Пауза (якщо вона 13,5 см, 4,5 см, Так створюватиметься). Якщо ви запишете кожне слово “Так” у рядок свого зошита в клітинку і кожна буква знаходитиметься в одній клітці, то якої довжини смужку ви одержите? А скільком сантиметрам відповідатиме смужка з букв “Т”. А чи смужки з трьох різних букв рівні за довжиною? Проблема 5. З’ясуємо фізичний зміст питомої теплоти пароутворення. Шлях розв’язання –пропонується текст, який треба закінчити речення. Частинок (атомів, молекул), різні, Речовини складаються з … У послаблюються, енергія, різна. різних речовин сили взаємодії між частинками… Із зростанням температури сили взаємодії між частинками… Щоб відбувалось випаровування, до речовини повинна надходити … Ця енергія для різних речовин … Висновок: кількість теплоти, яку необхідно підвести до 91

речовини масою 1 кг, щоб відбувалось випаровування при сталій температурі, називається питомою теплотою пароутворення. Питома теплота пароутворення є фізичною величиною і позначається буквою r. Математично це висловлювання Q має вигляд: r  , тому одиниці m вимірювання питомої теплоти  Дж  пароутворення  r    .  кг  Значення r можна знайти з таблиці. З’ясовує, що означає кДж rбензину  290 . кг Запитання: Чи залежить енергія, яку треба затратити для випаровування від температури? Проблема 6. З логічних міркувань встановимо формулу визначення кількості теплоти при пароутворенні: якщо для випаровування 1кг речовини треба затратити r джоулів теплоти, то для m кг речовини треба затратити Q = rm джоулів теплоти. Проблема 7. Конденсація речовини З метою емоційного насичення уроку питання конденсації можна розглянути як казку, закріпивши попередньо вивчене явище випаровування. Мудрагель пес Бровко сидів у своїй кімнаті і пізнавав процес випаровування. Він вже знав відповіді на такі питання: 1.Який процес називається випаровуванням?

Очікувана відповідь: для випаровування 1 кг бензину треба затратити 290 кДж теплоти. Очікувана відповідь: чим вища температура рідини, тим менше енергії треба витратити, щоб її випарувати.

1.Випаровування – це перехід рідини у пароподібний стан

92

2.Який процес називається 2.Явище випаровування твердих сублімацією? тіл, минаючи стан рідини 3.Від яких факторів залежить 3.Швидкість випаровування швидкість випаровування? залежить від: температури, зовнішнього тиску, вітру, площі поверхні, роду речовини 4.Чи потрібна енергія для 4.Так, при випаровуванні енергія випаровування речовини? поглинається 5.Що називається питомою 5.Фізична величина, яка показує, теплотою пароутворення? яку кількість енергії треба затратити, щоб випарувати 1 кг речовини при сталій температурі 6.Яка формула для визначення 6. Q  rm теплоти пароутворення? Але погода мінялась: 1.Процес переходу з насувались хмари, стало тихо і пароподібного стану в рідину тепло... називається конденсацією. Бровко чітко бачив, що з хмари до 2.При конденсації енергія нього говорить він сам. Але все те, виділяється що знає Бровко про випаровування, 3.Питомою теплотою він почав говорити у зворотному пароутворення r має той самий напрямі. фізичний зміст 4. Кількість теплоти при конденсації визначається Q  rm . Мабуть, Бровко ще б спілкувався сам із собою, та відчув прохолоду. Він побачив, що знаходиться в своїй кімнаті. Сонечко знову засміялось у його вікно. І Бровко зрозумів, що заснув перед дощем. Але тепер він знає два процеси: випаровування і конденсацію речовини.

IІІ. Домашнє завдання § згідно підручника.

УРОК 19 Тема. Кипіння. Мета. На дослідах показати процес кипіння, формувати вміння пояснювати процес кипіння на основі молекулярно-

93

кінетичної теорії. З’ясувати залежність температури кипіння від зовнішнього тиску. Продовжувати формувати інтерес до вивчення фізичних явищ, розвивати спостережливість, вміння аналізувати, порівнювати, узагальнювати. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Вивчення нового матеріалу Вчитель наголошує, що другим видом пароутворення є кипіння. Спостерігати за процесом кипіння і пояснювати його – мета сьогоднішнього уроку. (Учні записують тему уроку) Дослід 1. У колбу на ½ до половини наливаємо води. Починаємо кип’ятити. Дії вчителя Дії учнів Як ви думаєте, чому вони з’являються? Бульбашки появляються в тих місцях посудини, де немає повного змочування. Такими місцями є сліди жиру або дрібні тріщини внутрішньої поверхні. Поверхня твердого тіла має властивість утримувати молекули газу, які прилипають до неї. Це явище називається адсорбцією. В даному випадку повітря, розчинене в холодній воді, виділяється біля стінок колби. Відбувається внутрішнє випаровування і утворення всередині рідини водяної пари. Тиск повітря і пари в бульбашці рівний зовнішньому тиску (атмосферному плюс гідростатичному) Що сприяє підняттю бульбашок на поверхню? Виштовхувальна сила заставить бульбашки відірватись від поверхні колби.

94

1. Дно посудини покривається дуже дрібними бульбашками.

2. З підвищенням температури бульбашки збираються і на дні, і на стінках колби. Вони збільшуються в своїх розмірах.

3. Бульбашки починають підніматися до поверхні.

При цьому між бульбашкою і стінкою утворюється звужуюча перемичка. Бульбашка відривається, залишаючи біля стінки невелику кількість повітря, з якого розів’ється нова бульбашка. Яка температури води у верхніх шарах порівняно з нижніми? У верхні шарах – нижча. Висновок: Зниження температури веде до зменшення об’єму бульбашки. Водяна пара в бульбашці конденсується. Поперемінне збільшення і зменшення об’єму бульбашок супроводжується шумом.

1. Яке явище лежить в основі прогрівання води? Конвекція 2. Чи однакова температура по всьому об’єму води? Так Висновок: Бульбашки піднімаються до поверхні, долаючи гідростатичний тиск. Тиск в середині бульбашки не менший атмосферного. Тому вони лопаються на поверхні, викидаючи пару у зовнішній простір. Шум припиняється. Вода кипить. Висновок. Кипіння – це процес пароутворення, внаслідок якого по всьому об’ємі рідини утворюються бульбашки. Теплота, яка надається рідині, витрачається на її внутрішнє випаровування в усьому об’ємі. Міжмолекулярні сили в рідині зменшуються. Тому змінюється агрегатний стан рідини: вона переходить в пароподібний стан.

95

4. При підніманні бульбашки зменшують свій об’єм

5. З’являється шум

6. Бульбашки поверхні

лопаються

на

7. Починається булькання

8. Температура змінюється з часом

води

не

Звертає увагу учнів на означення температури кипіння в підручнику та таблиці температури кипіння і питомої теплоти пароутворення

Температура, до якої рідина кипить, називається температурою кипіння. Кожній речовині властива своя температура кипіння, а також своя питома теплота пароутворення. Очікувана відповідь Запитання : Чи залежить енергія, яку треба Чим вища температура рідини, тим витратити для внутрішнього менше енергії треба витратити, щоб випаровування від температури її випарувати. рідини? З’ясуємо фізичний зміст питомої Питома теплота пароутворення теплоти пароутворення при кількісно визначає, на скільки температурі кипіння відрізняється за температури кипіння внутрішня енергія тіла масою 1 кг у разі переходу з рідкого стану у пароподібний. Задача Чи можна стверджувати, що опіки Звертаються до таблиці питомої від водяної пари є теплоти пароутворення. небезпечнішими, ніж опіки від Внутрішня енергія 1 кг водяної пари води такої ж температури? при 100 C більша від внутрішньої енергії води за цієї ж температури на 2257 кДж. Висновок: опіки від водяної пари є небезпечнішими. Проблема. Мудрагель пес Бровко вирішив свій вихідний день провести в горах. Поки він добрався до бажаного місця, добряче зголоднів. Тому розклав вогнище і намагався зварити м’ясо. Вода закипіла,– зрадів Бровко. Швидко закинув порізане на шматочки м’ясо і з думкою про смачний обід став чекати. Бровко не раз варив м’ясо вдома, тому через відомий йому час зняв каструльку з вогню. Його здивуванню не було меж. М’ясо було тверде! Чому? – Висловлюють свої думки крутилася думка у Бровковій голові.

96

Дослід 2. Дії вчителя 1. Заберемо нагрівник з-під колби з кип’яченою водою.

2. Зачекаємо кілька секунд.

3. Закоркуємо колбу і перевернемо її догори дном.

4. Наллємо холодної води на дно колби.

5. Зафіксуємо покази термометра Запитання : 1. Чи змінилася температура дна колби після того, як на неї вилити холодну воду?

2. Як це вплинуло на температуру пари над водою в колбі?

3. Якою стала швидкість молекул пари?

4. Що можна сказати про тиск пари

Дії учнів 1. Вода перестає кипіти 2. Вода охолоджується

4. У воді інтенсивно виділяються бульбашки. Вода починає кипіти.

5. Температура кипіння нижча за температуру в попередньому досліді 1. Температура зменшилась.

дна

колби

2. Зменшилась температура пари.

3. Зменшилась швидкість молекул пари.

4. Зменшився Висновок. Із зниженням тиску температура кипіння зменшується і навпаки.

Цей дослід можна провести в іншому варіанті: відкачуючи повітря з колби (або з-під ковпака) знижуємо тиск, а відповідно і температуру кипіння. І, навпаки, підвищуємо тиск, зростає температура кипіння. Звертає увагу, що кипіння – це саме процес утворення бульбашок з подальшою фіксацією температури. Очікувана відповідь на проблемне запитання: Бровко бачив процес виділення бульбашок – процес кипіння, але температура кип’ячої води була нижчою, ніж потрібно для пом’якшення м’яса.

97

Проблема Яка вода має вищу температуру кипіння: чиста чи підсолена? Дослід 3. Кип’ятимо чисту і підсолену воду. Висновок: підсолена вода має вищу Спостерігаємо за температурою температуру кипіння, ніж чиста. кипіння і часом кипіння. Отже, вона закипить пізніше ніж чиста. Яка температура кипіння рідин з Температура кипіння рідин з домішками? домішками вища, ніж чистих рідин. Спостерігають Дослід 3. Поставимо на шляху пари, що Очікувана відповідь учнів: виходить з колби, пластинку. спостерігаємо утворення краплин води. Відбувається зворотній процес до пароутворення Зворотний процес до процесу випаровування називається конденсацією. Енергія виділяється і йде на утворення сильніших міжмолекулярних зв’язків. Тому температура конденсації рівна температурі пароутворення. А також питома теплота пароутворення рівна питомій теплоті конденсації. ІІІ. Домашнє завдання § згідно підручника.

УРОК 20 Тема. Розв’язування задач на обчислення кількості теплоти при пароутворенні і конденсації. Мета. Удосконалення знань та вмінь при розв’язуванні задач на кількість теплоти при пароутворення і конденсації. Розвивати вміння лаконічно і науково висловлювати свої думки, слухати товариша, самостійно працювати, користуватися додатковою літературою. Тип уроку. Урок удосконалення вмінь та формування навичок розв’язувати задачі

98

Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань Перевірка знань проводиться у вигляді бліц-конкурсу. Для двох учнів на кожній парті знаходиться карточка із запитанням, на яке треба дати відповідь. Учні (двоє) мають можливість проконсультуватись один з одним, допомогти один одному, впевнитись у правильності своєї думки, вибрати доповідача із свого запитання, розвинути вміння працювати сумісно. Вчитель проводить фронтальне усне опитування. Запитання: 1. Ртуть – це речовина чи тіло? Чи правда, що її температура кипіння 357 C ?

2. Чи існує в природі така речовина, як вода? Чи правда, що її питома теплота пароутворення 2300 кДж?

3. Яка буква “випарувалась” у формулі Q   m .

Q 4. Ця формула відноситься до 1 кг маси речовини, r  . Запиши правильно.

5. Це явище відбувається в природі. Супроводжується потеплінням у повітря. Як називається це явище? кДж 6. Що означає запис r  520 ? кг 7. Як називається процес переходу речовини з рідкого стану в пароподібний?

8. Пес Бровко завітав до свого сусіда якраз тоді, коли той вносив до хати замерзлу білизну. Сусід дуже злякався, бо вважав, що білизна зіпсулась. Проте пес Бровко заспокоїв сусіда. Як це йому вдалося? Про яке явище розповів Бровко?

9. Кіт Федір залив 1 л води у чайник і поставив його кип’ятити. Потім розлив у 4 склянки по 200 г у кожну. І дуже здивувався. Чому був здивований кіт?

10. Спостерігаючи за процесом кипіння води, пес Бровко відзначив, що температура на термометрі не піднімалась вище 98 С . Де був Бровко?

11. На обід до кота Федора гості прийшли саме тоді, коли він розливав борщ. Згодом виявилося, що борщ в останній тарілці простиг найшвидше. Чому? Що забув зробити кіт перед кожним розливом?

12. Кіт Лео задумав зварити компот із сухофруктів і поставив каструлю з водою кип’ятитись, закривши її кришкою. Через певний час він зайшов на кухню і побачив, що вікно було вкрите дрібними краплинами води. Чому? Яку шкоду могли зробити миші?

13. Петрик чув, як його товариш розповідав, що, виходячи з води після купання, йому стало дуже жарко. Чи правду оповідав товариш?

99

14. Чи правда, що водою з Атлантичного океану можна полити і дерева навколо нашої школи?

15. Лікарі радять змащувати тіло людини з дуже високою температурою розчином спирту і води або оцту і води. В чому секрет поради? Відповіді: 1. Речовина. Так, взято з таблиці 2. Так. Так, взято з таблиці 3. r – питома теплота пароутворення Q 4. r  , r = Q m 5. Конденсація 6. Для випаровування 1 кг ацетону при температурі кипіння треба підвести 520 кДж теплоти.

7. Пароутворення 8. Явище сублімації. Процес переходу з твердого стану в пароподібний, минаючи стан рідини. Білизну треба було залишити до висушування.

9. Склянка води випарувалась при кипінні.

10. В горах. Зовнішній тиск був менший за атмосферний.

11. Кіт забув перемішувати борщ. Остання тарілка була без жирової плівки на поверхні борщу. Випаровування проходило найшвидше.

12. Миші зняли кришку з каструлі, вода кипіла і випаровувалась. Водяна пара конденсувалась на холодному склі.

13. Ні. Процес випаровування проходить з поглинанням тепла. Краплі води забирають енергію від тіла. Людині прохолодно.

14. Так. Явище кругообігу води. Процес випаровування, конденсації.

15. Така суміш швидко випаровується, охолоджуючи тіло людини. Температура тіла знижується. ІІІ. Розв’язування задач Задачі на визначення кількості теплоти при випаровуванні і конденсації розв’язують за тим самим алгоритмом, що і задачі з попередньо вивчених тем. Клас поділяється на кілька гомогенних груп. Кожна група має своє завдання, про виконання якого зобов’язана відзвітувати перед учнями класу. Завдання 1. Користуючись малюнком і таблицею, визначити: а) речовину, з якою відбуваються теплові процеси; б) кількість теплоти, що відповідає кожному процесу; в) повну кількість теплоти за весь час тривалості процесів.

100

t10 , C

t20 , C

m , кг

15

100

25

Очікувана відповідь а) вода, бо температура кипіння 100 C б) процес нагрівання води від t10  15 C до t20  100 C

Q1  cm  t20  t10 

Дж  25кг 100С  15С   8,9  106 Дж кг°С Процес кипіння при сталій температурі Q2  rm Дж Q2  2,3  106  25  57,5  106 Дж кг в) Повна кількість теплоти Q  8,9  106 Дж  57,5  106 Дж  66,4  106 Дж Задача 2. На скільки більшу внутрішню енергію має 200 г пари при температурі 100 С , ніж стільки ж окропу? (Питому теплоту пароутворення для води беремо з таблиці. Тоді Дж Q  rm, Q  2,3  106  0,2кг  0,46  106 Дж кг Внутрішня енергія пари вища на 0,46  106 Дж ) Задача 3. Відомо, що однакові маси пари і рідини мають різну внутрішню енергію. За рахунок якої енергії молекул зростає внутрішня енергія пари? (Температура киплячої води і її пари однакова. Тому кінетична енергія пари однакова. Але відстані між молекулами пари значно більші за відстані між молекулами води. Тому за рахунок потенціальної енергії молекул внутрішня енергія пари вища внутрішньої енергії води.) Задача 4. Яку кількість теплоти треба передати воді, взятій при температурі о 0 С, щоб нагріти її до температури кипіння і перетворити в пару? Маса води 10 г.

Q1  4200

101

Дано: m  10г t0  0 °С

СІ 0,01 кг

t1  100 °С Дж кг Дж с  4200 кг Q ? Задача 5. З чайника википіло природного газу? Дано СІ V  0,5л 0,5·10-3м3 Дж q  44  106 кг Дж r  2,3  106 кг кг   103 3 м mг  ?

Q  Q1  Q2 Q1  cmt  rm Q  4200  0,01  100  2,3  106  0,01  27200 Дж

r  2,3  106

0,5 л води. Скільки на це марно витрачено

За законом збереження енергії кількість теплоти, яка виділилась при згоряння палива, дорівнює кількості теплоти, використаної для випаровування води.

Qв  Qг Записуємо формулу двох процесів rmв  qmг

rV   qmг Знайдемо вираз для маси газу rV  mг  q Обчислюємо масу газу Дж кг 2,3  106  0,5  103 м 3  103 3 кг м  0,026кг тг  Дж 44  106 кг

Задача 5. Чому в Діда Мороза борода, вуса і брови покриваються інеєм? При розмові і диханні водяна пара конденсується, а вода кристалізується. Задача 6. Виправити помилки.

1. Жила в лісі Мавка, яка спостерігаючи за природою, вміла її розуміти і знала її закони.

2. Одного разу Мавка побачила, що деякі квіти почали “плакати”.

3. Спочатку до неї прийшла думка втішити квіти, але вона згадала, що зараз вийде сонце, яке висушить їх сльози.

4. Мавка пішла лісом і відчула, що дерева і трави, наче зачаровані: 102

вони зовсім не пахли. . Це дуже здивувало Мавку.

5. Вона вийшла на узлісся і змерзла, а потім зняла свій легкий трав’янистий плащик.

6. Над її головою у височині роїлась мошва, а лісові птахи сиділи на деревах.

7. Хмар на небі не було.

8. Лише де-не-де з’являлись перисті хмарки.

9. Мавка почула шум.

10. Звіявся вітер.

11. А з хмар почали падати сніжинки.

12. Вони були великі і прохолодні.

13. По небу розійшовся гуркіт грому. Незабаром все закінчилось.

14. Мавка відчула потепління.

15. Перед її очима в горах стояли клуби диму.

16. Вона занепокоїлась, адже знала, що в окрузі нікого не було. Поспішила подивитись, але вогнищ не було. Здогадалась: гори “парували”.

17. Дерева навколо Мавки були сухі, тому вона, не бажаючи того, легко зламала гілочку.

18. Незабаром сонце зайшло за хмари і вода з листочків рослин через деякий час зникла.

19. Мавка могла б подумати, що вода всмокталась у листки. Але міцні знання про закони природи не дозволяють їй допускати так багато помилок. А вам? Виправлені помилки 3. Зовнішній тиск зменшився, піде дощ 4. Квіти дуже пахли. Зменшення зовнішнього тиску веде до кращого поширення запаху 5. Відчула потепління перед дощем, тому зняла плащик.

6. Мошва роїлась дуже низько, птахи літали за мошвою 7. Були купчасті хмари 8. Купчасті хмари по всьому небу, з перистих хмар дощ піти не може 9. Було тихо, стан перед дощем 11. Почав падати дощ 12. Краплини дощу можуть бути великі 14. Стало прохолодно.

15. Туман 17. Мокрі, не могла легко зламати 18. Хмар не було 19. Вода випарувалась Задача 7. Яка кількість теплоти виділяється під час конденсації 2,5 кг водяної пари, якщо її температура 100оС?

103

Дано: m  2,5 кг

r  2,3  106

Q  rm

Дж кг

Q  2,3  106

Дж  2,5кг=5,75  106 Дж кг

Q ? Задача 8. Потрібно одержати 140 л дистильованої води із водопровідної, взятої при температурі 7 С . Скільки спирту необхідно для цього використати, якщо ККД перегінного апарата становить 30 %. Дано СІ За законом збереження енергії кількість кг   103 3 теплоти, яка виділилась при згорянні спирту, м 3 0,14м дорівнює кількості теплоти, яка потрібна для V  140л дистиляції води. t0  7C Qc  Qп tk  100C Згідно умови задачі з речовинами   30% проходять три процеси: згоряння спирту, Дж нагрівання води до температури кипіння, q  27  106 випаровування. кг Запишемо формули для кожного процесу. Дж c  4200 Визначення кількості теплоти при згорянні кг°С спирту mc  ?

Qc  mc q Визначення кількості теплоти при нагріванні води і пароутворенні

Qп  cm(t к  t0 )  rm Складаємо рівняння

mc q  cm(tк  t0 )  rm Знайдемо шукану величину mc

mc 

cm(tк  t0 )  rm q

mc 

V(ctк  r) q

Виконаємо дії з розмірністю  3 кг  Дж Дж    м  м3  кг°С  С  кг       кг  mc      Дж     кг Обчислюємо масу спирту 0,14  103  4200  93  2,3  106  mc   46,5кг 0,3  27 106 104

Задача 9. Якщо бризнути водою на гарячу суху сковорідку, то на ній почнуть стрибати та танцювати краплі води. Чому краплі не випаровуються зразу, а деякий час рухаються? Краплям треба надати енергії, щоб їх прогріти, довести до температури кипіння. На такий процес затрачається час.

IV. Домашнє завдання § згідно підручника. Провести досліди: 1. Чи можна скип’ятити в паперовій коробочці воду?

2. Чи можна прогріти воду у фарфоровій чашці?

3. Чи закипить вода у маленькій каструльці, яка знаходиться у великій каструлі з водою?

4. Чи закипить розчин у банці при домашній пастеризації консервів?

5. Розпочати підготовку рефератів з теми «Теплові машини»

УРОК 21 Тема. Пояснення зміни агрегатних станів речовини. Мета. Узагальнити попередньо вивчений матеріал про теплові процеси. На основі молекулярно-кінетичної теорії будови речовини узагальнити відомості про можливість перебування речовини в різних агрегатних станах. Продовжувати вчити читати графіки. Зазначити, що процеси теплопередач, зміни теплових станів речовини ґрунтуються на дії закону збереження і перетворення енергії. Розвивати логічне мислення, вміння узагальнювати, порівнювати, акуратно вести записи. Тип уроку. Урок узагальнення і систематизації знань. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань 1. Перевірка домашнього завдання. а)Звертаємо увагу на правильність і самостійність розв’язування домашніх задач, якщо вони були задані. б)Перевіряємо виконання домашніх дослідів: стиль опису та правильність пояснення досліду. в) Варто оцінити всіх учнів, перевіривши зошити в післяурочний час. Очікувані відповіді: – Скип’ятити воду у паперовій коробці можна, оскільки підведене тепло йде на нагрівання і кипіння води, яка менша температури загоряння 105

паперу (температура загоряння паперу 451 C ).

– Аналогічно, можна нагріти воду у фарфоровій чашці.

– Вода у маленькій каструльці, яка плаває по поверхні води великої каструлі, не закипить. Певна кількість теплоти, що йде на закипання води у великій каструлі, витрачається марно (на нагрівання оточуючого середовища).

– З тієї ж причини не закипає розчин при домашній пастеризації консервів. ІІІ. Узагальнення вивченого матеріалу На цьому етапі уроку варто узагальнити весь вивчений матеріал про теплові процеси.

1. Формування схеми 1 “Фізичні процеси, що ведуть до зміни внутрішньої енергії”. Учні у зошитах мають дві частини такої схеми, адже на відповідних уроках вивчений матеріал закріплювався саме так. Тому учні здатні самостійно об’єднати ці частини в загальну схему з послідуючим поясненням її. Фізичні процеси, що ведуть до зміни внутрішньої енергії. Внутрішня Тепловий рух енергія

Виконання роботи тілом або над тілом

Теплопередача

Теплопровідність Конвекція Випромінювання Очікувана відповідь: а) Тепловий рух – це хаотичний рух частинок, з яких складається тіло. б) Внутрішня енергія – це сума кінетичної енергії хаотичного руху частинок і потенціальної енергії їхньої взаємодії. в) Зміна внутрішньої енергії може відбуватися шляхом виконання роботи тілом (внутрішня енергія зменшується) або над тілом (внутрішня енергія збільшується). Або внутрішня енергія тіла може змінюватися внаслідок теплопередачі. г) Існують три види теплопередачі: теплопровідність, конвекція, випромінювання.

106

2. Формуванні схеми 2 “Фізичні процеси, що ведуть до зміни агрегатних станів речовини”. Учні виконують це завдання за допомогою вчителя. Він вислуховує пропозиції учнів щодо форми таблиці і разом з учнями вибирає найбільш оптимальний варіант. Фізичні процеси, що ведуть до зміни агрегатних станів речовини. нагрівання → Q  cmt ← охолодження пароутворення → Q  rm ← конденсація згоряння палива → Q  qm Питома

теплота

теплоємність

c Дж кг  К

плавлення, кристалізації L Дж кг

пароутворення конденсації r Дж кг

згоряння палива q Дж кг

ІV. Розв’язування задач Узагальнити зміну агрегатного стану речовини (наприклад, води) можна, розв’язавши розрахункову задачу і проілюструвавши розв’язання графічно. Слід звернути увагу на: – процеси, які відбуваються з речовиною; – відмінність між питомими теплоємностями льоду і води, а, відповідно, на кути нахилу прямих до осі часу. Дж Дж ( сл  2100 , св  4200 , кут нахилу прямої, що характеризує кг°С кг°С нагрівання льоду, більший).

– суть функціональних залежностей t 0  t 0  t  Задача 1. Яка кількість теплоти потрібна для того, щоб лід масою 2 кг, взятий при 10 C , перетворити в пару 100 C ? Очікувана відповідь 107

Дано: m  2 кг

t0  10 C tпл  0 С t1  100 С Дж кг С Дж cв  4200 кг С Дж L  34  104 кг Дж r  2,3  106 кг Q ? cл  2100

При зміні агрегатного стану речовини лід-пара відбуваються такі процеси: 1) нагрівання льоду, ділянка АВ Q1  cл m  tпл  t0 

Q1  2100  2  0   10    4, 2  10 4 Дж Запитання вчителя:

Очікувані відповіді:

1. Як впливатиме підвищення температури на рухливість молекул ?

1. В результаті теплопередачі кінетична енергія молекул зростає, швидкість руху молекул зростає

2. Як впливає зростання швидкості руху молекул на міцність молекулярних зв’язків?

2. Міжмолекулярні зв’язки послаблюються

2) плавлення льоду, ділянка ВС Q2  Lm

Дж  2кг  68  10 4 Дж кг 1. Які між собою значення 1. Приблизно однакові. кінетичної та Тому зв’язки між потенціальної енергії молекулами можуть молекул? розриватися.

2. Чому температура 2. Вся енергія йде на розрив плавлення не змінюється? зв’язків між молекулами.

Q2  34  104

3. В якому агрегатному стані перебуває речовина?

108

3. На початку процесу твердий стан льоду (т.В), далі суміш льоду і води (ВС), в кінці – вода (т.С).

3) Нагрівання води, ділянка СД Q3  cв m  t1  tпл 

Дж  2кг 100C  0C   84  10 4 Дж кг С 1. Які процеси 1. З подальшим відбуваються з водою? підвищенням температури збільшується кінетична енергія молекул, швидкість їх руху, послаблюються зв’язки між молекулами.

Q3  4200

4) Кипіння води, утворення пари, ділянка ДЕ Q4  rm

Дж  2кг  460 104 Дж кг 1. Якою є температура 1. Сталою. кипіння? Чому? Вся енергія поглинається і йде на подолання потенціальної енергії взаємодії молекул 2. Яке явище 2. Інтенсивне спостерігається під час випаровування з усього кипіння води? об’єму рідини.

Q4  2,3 106

5) Знаходимо загальну кількість теплоти Q  Q1  Q2  Q3  Q4

Q  4, 2 104 Дж  68  10 4 Дж  84  104 Дж  460  104 Дж=  616,2  10 4 Дж  6,2  106 Дж 6) Об’єднаємо всі одержані графіки.

109

-10

?

Вчитель наголошує, що при подальшому нагріванні водяної пари в закритій посудині підвищується її температура. Тому графік можна доповнити ще одним відрізком. Слідуючим етапом є побудова графіка зворотних процесів. Запитання вчителя

Чи може цей графік бути симетричним? Учні дають ствердну відповідь на основі попередніх знань про рівність температури плавлення і кристалізації чи пароутворення і конденсації, а також про рівність енергетичних затрат (питомих теплот ) Тому учні самостійно добудовують симетричну частину графіка.

V. Домашнє завдання § згідно підручника. Підготувати реферати з теми «Теплові машини».

110

УРОК 22 Тема. Перетворення енергії в механічних і теплових процесах. Мета. Показати на дослідах перетворення одного виду енергії в інший. Формувати знання про те, що закон збереження енергії фундаментальний закон природи. З’ясувати, з яких основних елементів має складатися теплова машина. Переконати учнів у неможливості створення «вічного двигуна». Розвивати логічне мислення, спостережливість, удосконалювати вміння працювати з додатковою літературою. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Вивчення нового матеріалу Дії вчителя Дії учня Розвиток техніки залежить від Записують тему уроку уміння якнайповніше використати величезні запаси внутрішньої енергії. Використати внутрішню енергію означає виконати за рахунок неї корисну роботу. Наприклад, піднести вантаж, перевезти вагони. Отож, внутрішню енергію треба перетворити в механічну. Проблема1: Чи зберігається при взаємоперетворюваності енергія. Запитання: 1. Дайте означення внутрішньої 1. Внутрішня енергія – це енергії? кінетична енергія теплового руху частинок та потенціальна енергія їхньої взаємодії 2. Чи може змінюватися внутрішня 2. Може енергія?

3. Які способи зміни внутрішньої 3. Виконання роботи і енергії вам відомі? теплопередача 4.Назвіть явища, які відбуваються в 4. Нагрівання – охолодження, результаті теплопередачі. Плавлення – кристалізація, Згоряння палива, Пароутворення – конденсація Пропонує розглянути процеси, що Пропонують матеріали з історії

відбуваються при зміні фізики. внутрішньої енергії шляхом виконання роботи. Реферат 1. Явища перетворення механічної енергії у внутрішню і навпаки були відомі з давніх давен. Але треба було переконатись у тому, що енергія при цьому зберігається. Завдання поставили таке: у кожному досліді з перетворення одного виду енергії в інший за рахунок механічної енергії експериментатор повинен діставати одну й ту ж кількість теплоти. Починаючи з 1840 року було проведено багато таких дослідів, але особливо переконливими стали ті, які були виконані власником пивоварних заводів у м.Манчестері (Англія) Джеймсом Прескоттом Джоулем (1818 – 1889). Для нього фізичні дослідження стали своєрідним «хоббі». Як один з першовідкривачів закону збереження енергії, Джоуль у 1859 році був обраний членом Лондонського королівського товариства (англійської академії наук). З величезним ентузіазмом і незрівнянною майстерністю Джоуль проводив дослід за дослідом. Суть одного з них така. У металевому циліндрі встановлювалась вертикальна вісь з насадженими на неї в кілька рядів лопатками. На внутрішній стінці циліндра прикріплювались горизонтальні пластинки. Між ними проходили лопатки під час обертання осі. Циліндр заповнювали водою і ставили на дерев’яний стілець. На верхній кінець осі насаджувалась дерев’яна муфта, яку обвивали дві горизонтально натягнуті мотузки, перекинуті через блоки. До кінців мотузок прив’язували однакові вантажі. Ці вантажі опускались і обертали вісь. За рахунок потенціальної енергії піднятих вантажів виконувалась робота з перемагання тертя води об лопатки і пластинки, а також об внутрішню поверхню циліндра. Вода нагрівалась. В інших дослідах використовувалась ртуть, китовий жир. За формулою Е = mgh, Джоуль міг обчислити зменшення потенціальної енергії вантажів, які опускались. За формулою Q = cm  t міг обчислити кількість теплоти, яку дістала вода при нагріванні за рахунок механічної енергії. В результаті Джоуль встановив, що задана механічна енергія перетворюється у рівну їй кількість теплоти: на скільки зменшувалась потенціальна енергія вантажів, на стільки ж зростала внутрішня енергія води і тих речей, які були в ній.

112

Схема досліду Джоуля з визначення механічного еквівалента теплоти: 1 – вантажі, 2 – троси, 3 – рухомі блоки, 4 – шків, 5 – лопатки, 6 – теплоізолююча посудина, 7 – вода. Джоулем були встановлені і деякі втрати енергії на нагрівання навколишнього повітря, випромінювання. Тому співвідношення між механічною енергією та кількістю теплоти була знайдена з точністю 0, 5%. Джоуль також показав, що енергія зберігається і при перетворенні у внутрішню електричної, хімічної і іншої. Ці досліди підтверджували закон збереження і перетворення енергії Першим цей закон сформулював у 1847 році німецький вчений Герман Гельмгольц (1824 – 1894). Отже, енергія не зникає і не створюється. Вона тільки перетворюється з одного виду в інший або переходить від одного тіла до іншого, при цьому значення її зберігається. Дії вчителя Дії учня 1.Підтвердження цього закону Беруть участь в узагальненні спостерігали під час проведення вивченого матеріалу. лабораторних робіт.

2.Одним з проявів цього закону є «золоте правило» механіки, за яким жодний механізм не дає виграшу в роботі.

3. На уроці з теми «Енергія палива» говорили про різні одиниці вимірювання кількості теплоти, зокрема, Джоуль і калорія. Саме Джоуль і встановив, що

113

відношення між механічною енергією і одержаною за рахунок цієї енергії кількості теплоти, стале. Тому ми записували 1Дж = 0,24 кал, 1 кал = 4,2 Дж.

4. На першому уроці з розділу «Теплові явища» ми вели розмову про існування теорії теплецю та гіпотезу Румфорда і Деві про природу тепла, пов’язану з рухом частинок у тілах. Так ось, лише після встановлення Джоулем кількісного зв’язку між механічною енергією і кількістю теплоти модель незнищуваної рідини – теплецю – була відкинута. Проблема 2. Як використати цю взаємоперетворюваність енергії на благо людини? Дослід 1. Вчитель залучає до проведення досліду учнів, розповівши спочатку хід його виконання.

1.Пропонує взяти колбу і налити в Виконує прохання вчителя неї 1/3 частини води 2.Закрити колбу корком 3.Закріпити колбу в штативі 4.Нагрівати колбу з водою на спиртівці Запитання: 1.Які процеси ви спостерігаєте?

1.Адсорбуються бульбашки повітря. З підвищенням температури бульбашки збираються і на дні, і на стінках колби. Вони збільшуються в своїх розмірах, вода прогрівається

114

– Вода випаровується, пара конденсується на внутрішній поверхні колби бульбашки піднімаються на поверхню

– Бульбашки лопаються поверхні води, вода закипає

на

– Корок виштовхується з колби

2.Чому нагрілась вода?

3.Чи збільшилась енергія води і пари?

4.Чому вилетів корок?

2.Енергія згоряння палива пішла на нагрівання і кипіння води внутрішня 3.Так. За рахунок енергії згоряння палива збільшилась внутрішня енергія води і пари 4.Внутрішня енергія пари перетворилась у кінетичну енергію корка Висновок: пара виконала роботу по переміщенню корка

Кількість теплоти, передана тілу, частково йде на збільшення його внутрішньої енергії, а часково на виконання роботи Q  U  A

Якби замість скляної колби взяти металевий циліндр, а замість корка – щільно підігнаний поршень, то 115

матимемо найпростішу теплову машину. Спосіб перетворення внутрішньої енергії у механічну шляхом виконання роботи покладено в основу дії теплових машин. Машини, які перетворюють внутрішню енергію палива у механічну, називають тепловими двгунами.

За підручником знаходять назви пристроїв, які належать до теплових двигунів: парова і газова турбіна, двигун внутрішнього згоряння, дизельний і турбореактивний двигуни.

Вирішення проблеми 2. Думка про те, щоб внутрішня енергія перетворювалась в механічну і приводила в рух механізми, мала право на життя. Проблема 3. Ефективність теплової машини. Лише на початку 19 століття винахідники почали задумуватися про умови максимального ефекту від теплових машин. У 1824 році поручик французької армії Ніколя Саді Карно опублікував працю «Роздуми про рушійну силу вогню». Було встановлено, що теплова машина повинна складатися з нагрівника (джерела теплоти), робочого тіла (яке виконує роботу, наприклад, пара) і охолоджувача. За законом збереження енергії виконана робота буде визначатись різницею кількостей теплот, які надає нагрівник і забирає охолоджувач, A  Q1  Q 2

Схема: нагівник → робоче тіло → виконана робота ↓ Охолоджувач Для багатьох винахідників теплових машин основним було те, щоб машина працювала. Але в свій час з’ясувалося, що одні машини використовують більше палива, інші – менше. Тому постало питання ефективності теплової машини. Величиною, що характеризувала ефективність теплової машини, було значення коефіцієнта корисної дії (ККД). (Учням відомо позначення і фізична суть ККД з попередніх уроків. Тому вчитель без проблем записує формулу визначення ККД та пристосовує її до виучуваної теми).

116

Коефіцієнт корисної дії вказує, яка частина всієї затраченої енергії використовується на виконання роботи.

Q A Q1  Q 2   1 2 Q1 Q1 Q1 T  T2  1 T1 

(1) (2)

де Т1 – температура нагрівання речовини, яка надходить до теплової машини, Т2 – температура холодильника. Із (2) слідує, щоб підвищити ККД, треба збільшити різницю температур. Англійський фізик Вільям Томсон (Кельвін) у 1851 році працював над розв’язанням питання: чи можна створити таку теплову машину, яка б перетворювала всю підведену до неї енергію у роботу, тобто, чи може ККД дорівнювати одиниці (ККК = 1?).

Q2  1 ,   1.

Q1 Висновок: побудувати таку теплову машину, в якій   1 , неможливо.

Аналіз формули (1): Q 2  Q1 , тому

Однак, людей, які всупереч цьому висновку намагались створити, так званий, «вічний двигун», було чимало і в усі епохи. Перший до цих пір відомий достовірний документ про «здійснення» ідей вічного двигуна відноситься до 13 століття. Цікавим є те, що через 6 століть, в 1910 році, в Москві був запропонований до розгляду точно такий проект. Проте, в кожному проекті знаходилось джерело енергії: чи то людина, яка вміло тягала шнури, чи добре схований механізм. Тому в 1775 роціпаризька академія наук ухвалила рішення не розглядати проекти вічних двигунів, як такі, що суперечать фундаментальному закону природи – закону збереження енергії. ІІІ. Закріплення матеріалу На цьому етапі уроку розв’язуємо задачі, пов’язані з роботою теплових машин. Задача 1. Газ, що міститься в циліндрі, розширюючись, виконав роботу. Чи змінилась внутрішня енергія газу, якщо не було теплообміну з оточуючим середовищем? Чому? (Внутрішня енергія газу зменшилась, бо частина її втрачена на виконання газом роботи). Задача 2. Чи можна, витративши 1 Дж внутрішньої енергії пари або газів, виконати 1 Дж механічної роботи? Чому? (Ні. Частина внутрішньої енергії газу або пари передається іншим тілам і оточуючому середовищу).

117

Задача 3. Чи можна вважати рушницю тепловим двигуном? (Так. Під час пострілу внутрішня енергія порохових газів перетворюється у механічну енергію руху). Задача 4. Двигун автомобіля потужністю 36, 8 кВт використовує 10 кг бензину за годину. Визначити ККД двигуна. Дано: СІ N = 36,8 кВт 3,68 104 m =10 кг Вт 7 q = 4,6 10 Дж кг

t = 1 год  –?

Коефіцієнт корисної дії двигуна знаходимо як відношення енергії, що йде на виконання корисної роботи, до енергії, яка виділилась при згорянні палива 

3600 с

A Q

Корисну роботу повязуємо з потужністю двигуна A  Nt

Енергію, що виділилась при згорянні бензину, знайдемо за формулою Q  qm

Робоча формула 

Nt qm

Обчислюємо ККД 

3,68 10 4 Вт  3600с  0,29 7 Дж 10кг  4,6  10 кг

Отже,  = 29% ІV. Домашнє завдання § згідно підручника.

УРОК 23 Тема. Двигун внутрішнього згоряння. Мета. Продовжити ознайомлення учнів з фізичними основами теплових двигунів на прикладі двигуна внутрішнього згоряння. Пояснити принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння. Звернути увагу на екологічні питання в зв’язку з використанням двигунів внутрішнього згоряння, розширити

118

політехнічний кругозір учнів, сприяти шанобливому ставленню до оточуючого середовища. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Актуалізація знань 1) Перевірка домашнього завдання (фронтальне усне опитування). Дії вчителя Дії учня Відомо, що газ з підвищенням температури може розширюватись і виконувати механічну роботу. Запитання: 1.Робота яких машин ґрунтується 1. Теплових на цьому явищі?

2. Які види теплових машин вам 2. Газова і парова турбіна, двигун відомі? внутрішнього згоряння, дизельний 3. З яких основних елементів та турбореактивний двигун складається теплова машина?

3. Нагрівник, робоче тіло, 4. Хто першим сформулював закон охолоджувач збереження енергії?

4. Гельмгольц 5. Хто проводив досліди на 5. Джоуль підтвердження закону збереження енергії?

6. Хто заперечив можливість 6. Томсон побудови вічного двигуна?

2) Клас розділений на два варіанти.Пропонуються дві задачі. Вони написані на дошці. Завдання учнів виправити помилки, розв’язуючи задачі в зошиті. Задача 1. Визначити масу бензину, яку споживає двигун мопеда потужністю 0,88кВт протягом 0,5 год, якщо ККД двигуна 19%. Дано N = 0,88 кВт to = 0,5 год η = 20 %

СІ 88 Вт 300 с 0,19

η=

A

=

At ; mr

Nt ;  0,88  10 3 Вт  1800с m  кг 6 Дж 0,19  46  10 кг m

V–?

119

Виправлені помилки N = 0,88·103 t0 = t t = 1800 с η = 19 % V–m Дж q = 46·103 кг

A ; Q Nt  ; mq Nt m ; q

η=

m  0,18

Задача 2. У бак автомобіля налито 150 кг бензину. Визначити віддаль, яку може проїхати на цьому запасі автомобіль із середньою швидкістю 54 км/год, якщо потужність двигуна становить 36 кВт, а ККД – 18 %. Дано СІ A V = 150 кг 15 м/с = ; 3 v = 55 км/хв 36·10 0,018 – 36 кВт S А = Nt , t = ; v η = 18 % Q = mq ; L = 46· Дж NS ; mqv mq S ; L-?

N 

L– ?

Дж  15м / с 3 кг  10 м 3 36  10 Вт

0,18  150  46  10 6 S

Виправлені помилки Дано СІ m = 54 км/год Вт N= 0,18 q

·106



Q

;

Q = mq ; mqv ; N 150  кг

S

кг

S

 517,5

ІІІ. Вивчення нового матеріалу. Цей етап уроку слід провести, використовуючи матеріал з історії фізики. Для цього заздалегідь запропонувати учням написати реферати. Дії вчителя Дії учня Учні записують тему уроку. На моделі або за таблицею вчитель 120

пояснює будову ДВЗ, наголошуючи на основних елементах пристрою: – Основним елементом двигуна внутрішнього згорання є циліндр із поршнем.

– Циліндр має два отвори з клапанами: впускний і випускний.

– Шатунний механізм.

– Маховик.

Запитання : 1. На скількох процесах грунтується дія ДВЗ?

2. Розкажіть про перший такт 3. Який процес відбувається в другому такті?

4. Третій такт є дуже важливим. Зверніть увагу.

5. В чому суть четвертого такту? Висновок.

З’ясовують, використовуючи підручник, принцип дії ДВЗ Знайдені відповіді: 1. На чотирьох, при чому вони постійно повторюються.

2. Всмоктування пальної суміші здійснюється через впускний клапан. Поршень опускається вниз. Клапан закривається.

3. Поршень піднімається, суміш стискається, температура суміші підвищується. Від іскри свічки суміш запалюється.

4. Суміш спалахує, розширюється, тисне на поршень, який опускається вниз. Виконується робота. Рух поршня передається шатуну, а через нього колінчастому валу з маховиком. Сама суміш охолоджується.

5. Відкривається випускний клапан. Поршень піднімається вгору. Відбувається випуск відпрацьованих газів. Існує чотири такти в роботі двигуна внутрішнього згорання: впуск, стиск, робочий хід, випуск.

Звертає увагу на те, що: – у двигуні внутрішнього згоряння суміш складається з пари бензину і повітря – температура газоподібних продуктів згоряння досягає 1600-18000С – крайнє положення поршня в циліндрі називається мертвими точками – відстань, яку проходить поршень від однієї мертвої точки до другої називається ходом поршня – один хід поршня здійснюється за один півоберт колінчастого валу – маховик є достатньо масивним тілом. Діставши 121

сильний поштовх, маховик продовжує обертатися за інерцією і забезпечує рівномірне обертання вала. Маховик запасає енергію, за рахунок якої колінчастий вал обертається в момент підготовчих тактів.

Запитання : 1. Як ви думаєте, чи потрібне охолодження двигуну?

Очікувані відповіді: 1. Потрібне, відпрацьована суміш віддає своє тепло двигуну. Для покращення роботи механізму і створення різниці температур двигун охолоджуюють.

2. Поверхня циліндра 2. Відповідь можуть дати учні, або пояснює ребриста. Чому? вчитель. Ребриста поверхня краще забезпечує охолодження двигунів. Звернемося до історичних фактів щодо створення та удосконалення двигунів. Вчитель. Ми розглянули принципову будову двигуна внутрішнього згоряння. А хто з вчених працював, створював, удосконалював такі двигуни? Звернемося до історичних фактів. Винахідником першого придатного до вжитку двигуна внутрішнього згоряння був Етьєн Ленуар (1822-1900). Але за півстоліття до нього автором оригінального винаходу двигуна внутрішнього згоряння став шотландський священник Роберт Стірлінг. Реферат 1. Діюча модель його “двигуна зовнішнього згоряння” (енергія підводилась до робочого тіла ззовні, через нагріту кришку циліндра) була використана ще в 1818 році для відкачування води з кам’яних кар’єрів.

122

Він зовсім безшумний і практично не виробляє отруйних речовин. Цей двигун – “всеїжний”, тобто для роботи можна використовувати будьяке джерело енергії – сонячні промені, дрова, вугілля, бензин, ядерне паливо, паливо майбутнього – водень. Поки що його економічність нижча, ніж ДВЗ. Але в майбутньому, можливо, двигуни Стірлінга перевищать ДВЗ і в цьому відношенні. Розглянемо принцип роботи двигуна Стірлінга. Спочатку запалюється пальник, у полум’я якого впорскується горюча суміш. Нагрітий газ у трубах підігрівника розширюється і переміщується в гарячу камеру. Верхній поршень починає рухатися вниз, гонить перед собою холодний газ, що міститься в холодній камері. штовхає нижній поршень. Максимально стиснутий в компресійній камері газ із силою тисне на нижній поршень, і вся поршнева система повертається до початкового стану. Нагрітий газ переходить назад у холодну камеру. залишаючи 99% енергії в регенераційних пристроя. Продовжуючи підніматися, нижній поршеь гонить цей холодний газ у гарячу камеру, де він знову нарівається, розширюється, і цикл починається спочатку. Ніяких вибухів не відбувається, жодна молекула газу не залишає замкнутого контуру. Горіння горючої суміші в двигуні постійне, згоряння повне, двигун не забруднює атмосфери.Перевагою двигунів Стірлінга є також ромбоїдальна система приводу, яка замінює кривошип двигуна внутрішнього згоряння. Симетричність цієї системи не веде до виникнення вібрацій при будь-якій швидкості обертання. Двигун створює сталий момент сили. Плавність його роботи можна поівняти з роботою турбіни . ККД сучасних типів двигунів Стірлінга становить 15%. Реферат 2. Винайдення двигуна внутрішнього згоряння, що працює на рідкому паливі, здійснив німецький інженер Готліб Даймлер у 1885 році. Але за кілька років до цього у Росії розробив проект бензинового двигуна флотський капітан Огнеслав Степанович Костович. Огнеслав Степанович Костович був високоосвідченим і талановитим винахідником, творцем багатьох механізмів для підйому затонулих кораблів. У серпні 1879 року Костович на засіданні гуртка повітроплавців доповів про свій цілком викінчений проект напівжорсткого дирижабля з оригінальним вісімдесяти-сильним бензиновим двигуном. На початку 1880 року цей проект був офіційно випробуваний за участю видатних вчених Д.І.Мендєлєєва, адмірала М.М.Соковника і інших. У 1882 році почалося будівництво дирижабля і двигуна на Охтинській суднобудівній верфі. Реферат 3. Іншим двигуном був двигун внутрішнього згоряння, сконструйований у 1897 році німецьким інженером Рудольфом Дизелем.

123

В честь винахідника цей двигун названий дизилем. У циліндрі дизеля запалюється не пальна суміш, а чисте повітря. Воно нагрівається до 6500С. Коли поршень підходитьдо верхнього положення у циліндр через форсунку впорскується пальне, яке загоряється. Дизель економічніший, бо пальним для нього є солярове масло, яке дешевше за бензин. Другою перевагою дизеля є те, що для виготовлення двигуна використовуть високоякісні матеріали, які повільніше зношуються, ніж у двигуні внутрішнього згоряння. Такі дизелі використовують у вантажівках, автобусах, тракторах, деяких легкових автомобілях, морських суднах, тепловозах. Вчитель. До речі, дизелю не страшний дощ, оскільки він має свічки та електрообладнання. Вчитель пропонує прочитати про дизель на англійській мові. Переклад тексту Винаходи німецького інженера Р.Дизеля відомі кожному учню. Одним з них є добре відомиий двигун, що сприяє спалахуванню пальної суміші під час стискування, названий на честь його творця. Будучи студентом, Р.Дизель мав ідею підвищити ККД парової машини. Врешті-решт, в 1892 році він створив 4-х тактний двигун внутрішнього згоряння. В циліндрі двигуна винахідник вирішив стиснути не вибухову суміш, а чисте повітря. Але лише під кінець стискування, коли температура зросла до 600-650оС, пальна суміш впорскувалась в циліндр під високим тиском. Вона відразу спалахувала. Це дало можливість Р.Дизелю

124

підвищити ККД двигуна. Попередні системи згоряння були вже не потрібні. Дизельний двигун є дуже економічним, оскільки він потребує дешевого пального. Вперше збудований двигун набув широкого використання в багатьох країнах. На основі цих двигунів створюють судна, машини, трактори вже більш, ніж 100 років. Вчитель. З принципу роботи двигуна внутрішнього згоряння слідує, що продукти згоряння виділяються в атмосферу. А тому забруднюють її. Реферат 4. Одним з факторів негативного впливу теплових двигунів на природу є теплове забруднення. Порівняємо температуру продуктів згоряння з температурою навколишнього середовища (у ДВЗ t =1600-25000С). Це призводить до поступового підвищення температури на Землі. Сьогодні споживана потужність двигунів становить 1010 кВт. Якщо вона досягне 3·1012кВт, то середня температура приблизно підвищиться на 10С, що призведе до підвищення рівня світового океану. Другим фактором негативного впливу на природу є велике споживання кисню тепловими двигунами та викидання в атмосферу шкідливих речовин. У відпрацьованих газах міститься понад 70 різних шкідливих компонентів. Наявність 160 компонентів зумовлено неповним згорянням палива у двигунах. Зараз у всьому світі енергетичні установки викидають в атмосферу щорічно 200-250 млн. тонн золи і близько 200 млн. тонн оксиду сірки, 250 млн. тонн пилу і 70 млн. метрів кубічних сполук свинцю, 50 млн. тонн оксиду азоту. Повітря забруднюють і різні види транспорту. На рух автомобіля використовується 25 % енергії палива, а 75 % витрачається марно. У вихлопних газах двигуна за нормального режиму міститься 2,7 % оксиду вуглецю. Під час зменшення швидкості руху авто ця частка зростає до 3,9 %, а при повільному русі – до 6,9 %. Жителі великих міст задихаються від вихлопних газів автодвигунів. Реферат 5. Внаслідок збільшення в атмосфері кількості оксиду вуглецю порушується тепловий баланс на Землі. Відповідно до прогнозу Міжнародного енергетичного агенства (МЕА) до 2010 року у порівнянні з останіми роками минулого тисячоліття викиди СО2 збільшаться на 50 %.

125

Оксид вуглецю разом з водяною парою призводить до виникнення “парникового ефекту”. Ця проблема є настільки серйозною, що багато країн світу об’єднали свої зусилля в боротьбі з ним. В результаті в 1992 році 175 країн підписали міжнародну Конвенцію про зміну клімату (Кіотську). Конвенцією передбачені заходи спрямовані на утримання концентрації парникових газів в атмосфері на безпечному рівні. Отож, завдання полягає в тому, щоб: – паливо згоряло повністю – замість вугілля використовувся вугільний пил – ретельно очищати гази, що викидаються топками ДВЗ – пошук чистішого пального – використання нетрадиційних видів палива. Реферат 6. Паливні комірки як екологічно чисті джерела енергії майбутнього. До недавнього часу людство забезпечувало свої енергетичні потреби за рахунок спалювання мінерального палива – нафтопродуктів, вугілля, природного газу. Сподіватися, що така ситуація триватиме і в майбутньому – безпідставно з двох причин: 1) обмеженості мінерального палива в надрах Землі й 2) забруднення навколишнього середовища продуктами згоряння. Тому вже впродовж тривалого часу людство шукає нових джерел енергії – гідроенергії, атомної енергії, перетворювання сонячної енергії тощо. Ці джерела мають як позитивні, так і негативні сторони, з огляду на екологічні наслідки їх використання та фінансові затрати. Розглянемо таке нетрадиційне джерело енергії, як паливні комірки, які сьогодні ще маловідомі. Ключовими компонентами паливної комірки є: анод, до якого підводиться паливо (в даному разі водень); катод, до якого підводиться кисень; електроліт, у якому між катодом і анодом можуть рухатися лише іони, що дуже суттєво. При цьому протікає реакція 4Н+ + 4е– + О2 = 2Н2О, тобто та сама, що й за звичайного спалювання водню. Явище отримання електричного струму безпосередньо з палива було відкрите ще 1839р. Уільямом Гроувом. Проте способів його практичного застосування, попри інтенсивні дослідження, не було знайдено аж до 60-х рр. минулого століття, коли НАСА використала паливні комірки як джерело електроенергії на борту «Ароllо» під час польотів на Місяць. ККД різних паливних комірок досить високі — до 90 % і вище (для порівняння: найефективніші сучасні теплоелектрогенератори мають ККД лише 35 - 40 %). Більше того, для деяких паливних комірок можливий ККД, вищий за 100 % ! У найближче десятиліття паливні комірки можуть стати альтернативними двигунам внутрішнього згоряння в автомобілях.

126

Демонстраційні проекти використання паливних комірок замість двигунів внутрішнього згоряння вже створені в США, Канаді, Німеччині. За прогнозами, зробленими 1993р., автомобільні двигуни на паливних комірках при їх масовому виробництві матимуть ту саму вартість, що й двигуни внутрішнього згоряння, але вартість обслуговування таких двигунів буде нижчою завдяки високому ККД і простоті експлуатації. Підсумовуючи, можна сказати, що висока ефективність паливних комірок, їх екологічність будуть і надалі привертати до них увагу, результатом чого стане їх широкомасштабне практичне застосування вже в недалекому майбутньому. ІІІ. Домашнє завдання § згідно підручника.

УРОК 24 Тема. Парова і газова турбіни. Мета. Пояснити принцип дії парової турбіни. Продовжувати вчити учнів працювати з підручником та з додатковою літературою, базуватись на історичних джерелах при вивченні теми. Формувати вміння спостерігати, аналізувати явища, розширювати кругозір учнів. Тип уроку. Урок вивчення нового навчального матеріалу. Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Вивчення нового матеріалу Сьогоднішній урок присвячений розгляду будови і принципу дії парової і газової турбіни. Учні записують тему уроку. Явища перетворення внутрішньої енергії в механічну були відомі вченим вже не одне тисячоліття. Звернемося до історичних фактів. Реферат 1. Розповідають, що першу артилерійську гармату великий грецький механік і математик Архімед (287— 212 pp. до н. є.) сконструював задовго до того, як було винайдено порох. Як випливає з античних історичних джерел, під час облоги римлянами міста Сіракузи (215—212 pp. до н. є.) їхні кораблі обстрілювали невідомі гармати. Видатний італійський учений, винахідник і художник Леонардо да Вінчі (1452—1519), який досліджував це питання, вважав, що “гармата” Архімеда складалася з дерев'яного 127

ствола, в якому містився снаряд масою кілограм сорок. Один кінець ствола розпікали на вогнищі, а потім у нагріту частину наливали воду. Вода швидко випаровувалась, і пара, розширюючись, з гуркотом викидала ядро на відстань до шести стадій (близько 1100 м). В архівах вченого збереглися ескізи, які свідчать про те, що він пробував побудувати аналогічну гармату. Те, що не вдалося великому італійцю, здійснив вже в наш час грецький інженер І. Сакас. Він поставив за мету розвіяти сумніви щодо «гармати» Архімеда і, вивчивши стародавні креслення та документи, виготовив діючу модель гармати і випробував її в одному з передмість Афін. Під час випробувань, на яких були присутніми журналісти, заповнена цементом тенісна кулька масою триста грам летіла на відстань сорок метрів. Сконструйована Сакасом модель складається з труби завдовжки тридцять сантиметрів, що виготовлена з тутового дерева. Нижня частина ствола з'єднується з металевою колбою, яка нагрівається до 400 °С. Колба має клапан для подачі води, що миттєво випаровується, і снаряд, завдяки великому тиску, вилітає із ствола. Причому постріл відбувається тільки тоді, коли тиск досягає потрібного значення, оскільки снаряд закріплюється в стволі спеціальним пристроєм. Сакас вважає, що Архімед і його сучасники цілком могли виготовити такі гармати. Швидкострільність стародавньої “гармати”, за розрахунками грецького інженера, становила один постріл за хвилину, проте далекість польоту снаряда навряд чи досягала шести стадій, як вважали античні історики. Але в будь-якому випадку “гармата” Архімеда була досить грізною зброєю, яка переважала катапульти римлян. Думка про те, щоб змусити пару приводити в рух механізми, заставила Герона створити модель парової машини. Реферат 2. Смілива думка – змусити пару приводити в рух механізми – зародилася дуже давно. Ще в другому столітті до нашої ери давньогрецький учений Герон Александрійський створив модель парової машини, яка могла бути прообразом парової турбіни. Модель являла собою котел з водою на металевих ніжках. Всередині котла над рівнем води закріплювались два товстих металевих стержні, які піднімалися вгору і були зігнуті під прямим кутом. Вони підтримували металеву кулю. Один стержень – суцільний – упирався гострим кінцем у кулю, а другий – порожниста трубка – входила у кулю збоку. Підперта з обох боків куля могла обертатися навколо уявної лінії, яка сполучала обидві точки опори. Крім того, зверху й знизу в кулю входили ще дві трубки, трохи тонші, також зігнуті під прямим кутом: верхня трубка – спрямована вперед, а нижня – назад. Якщо під котлом запалити вогонь, то вода кипітиме, і пара по трубці надходитиме в кулю. Як тільки пара почне виходити з тонких зігнутих 128

трубок, куля обертатиметься навколо осі плавно і безперервно. Чим більше пари виходитиме з трубок, тим швидше обертатиметься куля. Вчитель. Про такі досягнення забули. Минуло 2 тисячі років і людство знову почало шукати способи полегшення праці. Над проектом парового автомобіля задумувався Ньютон. На початку 17 ст., в 1629 р., італієць Джовані Бранка зробив дослід. Струмина пари виходила з нерухомої трубки, спрямовувалась на лопаті колеса і змушувала його швидко обертатись. Цей пристрій був дотепною забавкою і проектом першої парової турбіни. (Дослід можна провести в класі). Вчитель. Ідея Бранка була прийнята до уваги, і тому з’являються паровий циліндр Папена, вогнедіючий насос Ньюкомена. Реферат 3. Минуло майже дві тисячі років, і людство знову почало шукати способи приведення в рух механізмів за допомогою пари. Над проектом парового автомобіля замислювався Ісаак Ньютон.. В результаті зусиль винахідників у промисловості в XVIII столітті з’являються нові машини. Це були паровий циліндр Папена і вогнедіючий насос Ньюкомена, машини Ползунова і Уатта. У них працювала пара: «вогнедишний журавель» на відкачуванні води з шахти заміняв 50 коней. З кожним роком паровий двигун вдосконалювався. Парова машина була першим справді інтернаціональним винаходом. Впровадження нових двигунів у виробництво і транспорт викликало промислову революцію. Пріоритет у створенні першого в світі універсального двоциліндрового двигуна неперервної дії належить російському теплотехніку Іванові Івановичу Ползунову (1728–1766). Відомий винахідник народився в 1728 р. у щойно заснованому тоді містечку Єкатеринбурзі, навіть ще не в містечку, а в маленькій фортеці, побудованій для захисту невеликого заводу від войовничих набігів башкирів. Батька його в ті краї занесла нелегка солдатська служба, там він і одружився. Згодом батько дослужився до капрала, і, мабуть, це відіграло важливу роль у долі його сина. Хлопця удалося влаштувати в Єкатеринбурзьку арифметичну школу, куди солдатських дітей ні за яких обставин не приймали. У цьому ж містечку він закінчив першу в Росії гірничозаводську школу і поступив на роботу як «механічний учень». Незабаром його запросили на роботу в Барнаул. На сріблоплавильних заводах Алтаю Ползунов будував греблі, займався добуванням руди, конструював різні механізми, відповідав за облік дорогоцінного металу. У 1758 р. Ползунову доручили супроводжувати обоз, який відправлявся в Петербург. На возах лежало кілька сотень пудів срібла для державної казни.

129

Думка про створення парової машини зовсім нової конструкції прийшла до Ползунова, коли він із захопленням прочитав “Докладне навчання рудної справи”. Він відразу ж побачив недоліки вогнедіючого насосу Ньюкомена і він взявся за конструювання технічної новинки. Він створював машину, якої ніколи ще не існувало. Основну частину його автоматичної машини становили два циліндри. Поршні в них рухались одночасно в протилежних напрямах, а міхи включались в роботу почергово, тому повітря в піч надходило безперервно. І, що було дуже важливо, рух поршнів передавався без коромисла, як в англійських парових машинах, а за допомогою ланцюгів і шківів. Крім того, у машині Ползунова пара і вода надходили автоматично. Отже, вона була зовсім несхожою на машини попередників. Ползунов поспішав побудувати машину... Відчував, що дуже хворий, і поспішав. І ось у 1763 р. винахідник створює перший проект “вогняної машини”, через два роки — другий варіант. Після успішних випробувань почали споруджувати вже промислову установку. У грудні 1765 р. провели перше випробування і переконались: працює нова машина чудово. Визначили день запуску. Ползунов поспішав, людей підганяв і себе не жалів. І все ж таки машину пустили вже без нього, всього кілька днів винахідник не дожив до щасливого часу, не побачив свого творіння в праці у заводських умовах. Нова парова машина стала до ладу. За 43 дні роботи вона дала 12 тисяч карбованців прибутку. Але в листопаді 1766 р. в топці перегоріло цегляне склепіння, котел почав текти, вийшли з ладу поршні. І першу парову машину надовго забули. У Москві в Політехнічному музеї демонструється діюча модель парової машини Ползунова, виготовлена за кресленнями винахідника. Вчитель. У 1784 р. була створена нова модель парової машини з шатунно-кривошипним механізмом. Її автор шотландець Джеймс Уатт. Реферат 5. Грінок – невеличке шотландське містечко, яке нічим і не прославилося б, якби в ньому не народився 17 січня 1736 р. кволий хлопчик, якого постійно переслідував головний біль. Його дід викладав математику і мореплавну справу. Він користувався повагою земляків, які постійно обирали його то головним окружним суддею, то головою церковної ради. Батько майбутнього винахідника будував кораблі. Він був судновласником, мав склад якорів, канатів та іншої корабельної снасті, збудував підйомний кран, збирав мореплавні інструменти, відкрив майстерню. У початковій і середній школі Джеймс навчався з великими труднощами і до 13-ти років серед однокласників вважався тупуватим, зазнаючи насмішок і знущань.

130

У дитячі роки Джеймс над усе любив ловити рибу, а після рибалки працювати в майстерні батька. Ця практична робота в майстерні захопила хлопця. Уатт почав самостійно проводити в майстерні різні досліди з фізики та хімії. Він працював не поспішаючи, ретельно аналізував зроблене і знову й знову перевіряв свої висновки на досліді. Поступово експериментальна робота настільки захопила його, що він, уникаючи дитячих ігор, весь час присвячував проведенню своїх дослідів. Походження й освіта не дозволяли Джеймсу стати простим майстровим. У 1755 р. 19-річний Джеймс приїздить до Лондона. Тут він став учнем у майстерні, в якій виготовлялися різні навігаційні інструменти. Робота захопила його повністю. За рік навчання Джеймс лише один раз дозволив собі прогулятися вулицями Лондона. Минув рік, і він переїхав до Глазго, де почав працювати механіком у створеній ним при університеті майстерні. Майстерність і ерудиція Уатта як магніт притягували до себе молодь. Його Величність Випадок стався 1764 р. Один із професорів університету доручив Уатту відремонтувати модель парової машини Ньюкомена. Спочатку Джеймс взявся за роботу без особливого натхнення, але зустрівши низку перешкод, він задумався над їх природою. Довелося дослідити властивості пари, зокрема, залежність температури насиченої пари від тиску. Ретельне вивчення парової машини Ньюкомена дало змогу Джеймсу зрозуміти, що виною всьому є не злощасна модель, а самі принципи, на основі яких збудована машина. А це вже 28-річному Джеймсу було цікаво. 09.01.1769 Джеймс Уатт отримав патент на “способи зменшення споживання пари, а отже, і палива в теплових машинах”. Усе подальше життя винахідник присвятив удосконаленню парової машини.

1784 року Уатт знову отримав патент на паровий двигун з розширення пари в циліндрі. На його основі 1784 року Уатт створив універсальну парову машину подвійної дії (парова машина Уатта) – економічний і ефективний двигун. Цей двигун створив умови для переходу до машинного виробництва. (Перша парова машина простої дії була збудована Уаттом ще в 1774 р.) Генію Джеймса Уатта належать і такі винаходи, як відкритий ртутний манометр, ртутний вакуумметр у конденсаторі, водомірне скло в котлах, індикатор тиску. Він придумав мікрометр, винайшов копіювальне чорнило (1780), встановив склад води (1781), увів першу одиницю вимірювання потужності – кінську силу (1 к. с. = 736 Вт). Його іменем названа одиниця потужності – ват. Всесвітнє визнання прийшло до Дж. Уатта ще за життя. Активна старість, як не дивно, сприяла різкому поліпшенню здоров’я: зник головний біль, що так мучив його в молоді роки, тіло залишалося бадьорим, думки ясними. Він прожив 83 роки, сповнені активною винахідницькою

131

діяльністю. Помер Дж. Уатт 1819 р. щасливим від усвідомлення виконаного перед людством обов’язку. Вчитель. Впровадження нових двигунів у виробництво і транспорт викликало промислову революцію. І в кінці 19 ст. була висунута вимога економічного і потужнішого двигуна, ніж парова машина. Це зв’язано з тим, що для одержання пари можна використовувати вугілля (спалювати його). І саме власники вугільних шахт були зацікавлені в новому двигуні. Такі вимоги задовільняла парова турбіна. В 1883 році шведський інженер Лаваль сконструював активну парову турбіну. В 1884 році англійський інженер Парсонс побудував реактивну парову турбіну, в якій використовувалась кінетична енергія пари. Вчитель звертає увагу учнів до підручника. Вони дають відповідь на поставлені запитання. Запитання: 1. Назвіть види турбін (Парова, газова) 2. Від чого залежить класифікація турбін? (Від робочого тіла: пара чи газ) 3. Який принцип дії турбін? (Обертання колеса з лопатями під тиском водяної пари чи газу) 4. Чому турбіна має блоки високого і низького тиску? (Перетворення енергії відбувається через різницю тисків водяної пари на вході і виході) 5. Чому турбіна обертається? (Пара з котла теплоелектростанції спрямовується під великим тиском по вхідному паропроводу до робочих коліс. Ці колеса мають лопаті, на які і тисне пара) 6. Які перетворення енергії відбуваються за допомогою турбіни? (Внутрішня енергія пари перетворюється в механічну енергію обертання турбіни. І за допомогою генератора механічної енергії перетворюється електричну) 7. Які відмінні ознаки у газовій турбіні?(Робоче тіло – газ, наявність камери згоряння, де є стиснуте повітря, пальне впорскується) 8. Чому стрімко зростає температура газу? (Він запалюється під дією стиснутого повітря) 9. Як обертається газова турбіна? (Під тиском газу на лопаті робочого колеса) 10. Куди витрачається добута енергія? (Енергія витрачається для нагнітання повітря компресором та на виконання роботи). ІІІ. Закріплення матеріалу Розв’язання кросворду з вивченої теми, метою якого є виділення ключового слова уроку турбіна.

1) Що кріпиться до робочого колеса турбіни.

2) Англійський винахідник парової машини 3) Робоче тіло парової турбіни

132

4) Що виконує газ внаслідок нагрівання 5) Ім’я вченого, який сформулював твердження, що зіграло вирішальну роль у конструюванні теплових машин 6) Російський винахідник парової машини 7) Агрегатний стан речовини, в якому має перебувати робоче тіло турбіни 6 1 3

4 5

7

2

Відповідь. Лопаті, Уатт, пара, робота, Вільям (Томсон), Ползунов, газ. ІV. Домашнє завдання § згідно підручника.

УРОК 25 Тема. Контрольна робота Мета. Перевірити засвоюваність матеріалу з розділу “Зміна агрегатного стану речовини”, вміння застосувати теоретичні знання до розв’язування задач. Спрямувати учнів до самостійної, вдумливої роботи, естетичного оформлення завдань, лаконічного і грамотного викладу думки Тип уроку. Урок контролю та коригування вмінь Хід уроку І. Організаційний момент ІІ. Контрольна робота Контрольну роботу можна проводити в кількох варіантах в залежності від особистісних даних учнів. У класах з нижчим рівнем засвоюваності навчального матеріалу достатньо завдання розподілити на два варіанти. Причому самі задачі повинні містити один фізичний процес, а також пояснення запитань. В-1

133

1) Яка кількість тепла потрібна для плавлення золота масою 5 г, взятого при температурі плавлення?

2) Яка кількість енергії виділяється під час конденсації 2,5 кг водяної пари, якщо її температура 1000С?

3) Чому мокра білизна у вітряну погоду висихає швидше, ніж у тиху? В-2 1) Яка кількість енергії виділиться при кристалізації 250 г розплавленого свинцю, взятого при температурі плавлення?

2) Яка кількість теплоти потрібна для перетворення в пару води масою 10 т, якщо її нагріти до температури кипіння?

3) Виходячи з річки після купання, ми відчуваємо холод. Чому? В іншому випадку до наданих учням завдань слід підійти диференційовано. Наприклад, поділити на два варіанти завдання як для учнів з середнім, так і для учнів з високим ступенем засвоюваності матеріалу. Хоча учням, які мають відмінні знання з фізики, можна рекомендувати індивідуальні завдання. В-1 1) Маса срібла дорівнює 10 г. Яка кількість енергії виділяється під час його кристалізації й охолоджння до 600С, якщо срібло взято за температури плавлення? (3,25 кДж) 2) Яку кількість теплоти треба передати воді, взятій при температурі 00С, щоб нагріти її до температури кипіння і перетворити в пару? Маса води 0,01 кг. (27,2 кДж) 3) Як отримати воду, температура якої вища за 1000С? В-2 1) Яку кількість теплоти витрачено на нагрівання води, маса якої 750 г, від 200С до1000С з напступним утворенням 0,25 кг пари? (827 кДж) 2) Яка кількість енергії виділяється, якщо свинець взятий при температурі плавлення, охолодиться до температури 270С. Розміри утвореної пластинки 2 х 5 х 10 см. (75,7 кДж) 3) В якій місцевості температура кипіння води нища 1000С. Чому? В-1 1) Мідну гирю, маса якої 500 г, нагріли до 2000С і поставили на лід. Скільки льоду розплавить гиря під час охолодження до 00С? (0,112 кг) 2) Скільки треба спалити сухих дров, щоб десять літрів води, взятої за температури кипіння, перетворити на пару? (2,3 кг) 3) Чому в жарких країнах воду для пиття зберігають у пористих глиняних посудинах, через пори яких повільно просочується вода? В-2 1) Скільки треба спалити природнього газу, щоб розплавити 2 кг чавуну, взятого за температури плавлення? (0,006 кг)

134

2) Скільки льоду можна розплавити, якщо йому передати таку кількість теплоти, яка виділиться під час конденсації 2 кг водяної пари і охолодженні утвореної води до 00С? (16 кг) 3) Як пояснити появу інею, або льоду на віконному склі в зимку? З якої сторони скла з’являється іней? Чому? В-1 * 1) Яку масу льоду, взятого при температурі -150С, можна розплавити і одержану воду нагріти до 200С, використавши 16,5 МДж тепла? (36,224 кг) 2) Двигун внутрішнього згоряння, потужність якого 36 кВт, за одну годину витратив 14 кг гасу. Визначити ККД двигуна. (20 %) 3) У чому полягає руйнівна дія морозу на рослини? В-2 * 1) Яку масу нафти можна спалити, щоб розплавити 10 т білого чавуну, взятого при температурі 100С у плавильній печі, ККД якої становить 20 % ? (889,32 г) 2) 500 г води, взятої при температурі 100С, нагріли до кипіння і випарували. Скільки на це витрачено енергії? Накресліть графік цього процесу. (1,34·106 Дж) 3) Як впливає неповне згоряння пального в ДВЗ на його ККД? На зовнішнє середовище? Контрольну роботу можна завершити за кілька хвилин до дзвоника. Цей час слід використати на з’ясування причин труднощів при виконанні завдань, на запитання учнів щодо правильності їх відповідей, на створення благотворного мікроклімату в класі між учнями та вчителем. ПОЗАКЛАСНИЙ ЗАХІД Моїм найдорожчим учасникам 10, 8, 5 класів із СШ №13 присвячується Тема. Склянка чаю і фізика Мета. Повторити розділ «Теплові явища». Стимулювати учнів до глибшого і всебічного вивчення фізики. Застосувати вивчені фізичні властивості до пояснення теплових явищ, дослідів та якомога більше дізнатися про їхнє значення в житті людей. Пожвавити вивчення навчального матеріалу. Вчити обґрунтовувати свою точку зору з тих чи інших питань, працювати з додатковою літературою. Використати дидактичну гру (театралізацію) з метою розвитку пізнавальних процесів та активізації учнів. Виховувати почуття любові до жінки, як символу чистоти, 135

духовності, земного миру. Створити умови для творчої взаємодії між учнем і вчителем у відчутті новизни пізнаваного. Тип заняття. Позакласний захід (Вечір фізики) Обладнання. Колба з водою, штатив, спиртівка, стіл, скатертина, фарфоровий та металевий чайнички, блюдця, чашки, чайник електричний, цукор, чайні ложечки, малюнки для оформлення кімнати, заварка чаю, пляшечка зі спиртом або одеколоном, скляна трубка, серветка, записи музичного супроводу. Методичні Позакласний захід проводиться після вивчення розділу рекомендації. «Теплові явища»у формі театралізованого дійства з відповідним оформленням сцени. Участь у заході приймає більша частина учнів класу. Декорація сцени змінюється тричі: напівсутінкова сцена, на якій розміщені стіл, лампа, крісло головного героя; стіл для проведення дослідів; прибраний стіл для гостей. Використані поетичні твори Р.Тагора «Звабна», Л.Заставної «Я тебе привітаю з сонцем», «Слово про жінку» Мухтара Шаханова, фрагмент з оповідання Решад Нурі Гюнтекін «Чали кушу». (Музична заставка) За столом сидить Хлопець в задумі. Він чекає Дівчину, з якою вчився в одній школі. Пройшов певний час, протягом якого вони не бачились. Хлопець згадує їх дитинство, шкільні роки. Дзвінок до його квартири буде провісником їх щастя. В залі темно. Сцена освітлюється настільною лампою, що знаходиться на столі. Хлопець.

Я сьогодні в чеканні. Зустріч, про яку я мріяв, якої бажав... (Встає, підходить до краю сцени. Читає вірш Р.Тагора «Звабна») Ти не лиш творіння боже, жінко, гордая собою, І мужчина тебе творить, наділяючи красою Серця й світу. Придивися – він живе в шуканні завше, Щоб тебе перетворити на бажання недосяжне. Золотом метафор шиють убрання тобі поети, І художники натхненні з тебе списують портрети, Все для тебе: розквітають у гаях весняних квіти, Срібло-золото з копалень, з моря – перли, самоцвіти, Барви всі і аромати, і коштовні діаманти… Гине навіть і комаха, щоб ступні вам фарбувати.

136

Дівчина.

Хлопець.

Вбравшись в шати чарівливі, одягнувши соромливість, Величаво, недосяжно постає твоя вродливість. Вся сповита в загадковість, ніби щойно вийшла з веди. Ти воднораз – і реальність, і омріяність легенди. (На сцену виходить Дівчина і стає біля Хлопця, читає вірш Лариси Заставної, музична заставка) Я тебе привітаю з сонцем, Я тебе привітаю з небом, А себе привітаю з днем, Прожитим без тебе, для тебе. Не несу в подарунок нічого, Не кидаю пустих обіцянок, Та у мріях тобі дарую Гарний-гарний сонячний ранок. Ну, а ти і знати не будеш, Що сьогодні сонце для тебе, Що з моєї волі ясніє Над тобою безкрає небо. (Дівчина покидає сцену) Чув голос її. Такий близький і таки…и…ий далекий. (Опускає руки з виглядом, що все йому причулося) (В залі повністю виключається світло. Подається світло через прожектор на штору, яка закриває деяку частину сцени. В променях світла забавляються діти – учні молодшого класу. Фон дитячого сміху. Хлопець на сцені в темряві). Пам’ятаю, як малими бігали в травах, пересипаних срібною росою, плели віночки з квітів. (Стихає фон дитячого сміху, хлопчик надягає на голівку дівчинки віночок з квітів. Хлопчик і дівчинка стоять один навпроти другого, взявшись за руки, і дивляться у вічі один одному). (Музична заставка) Тоді вона мала веселі безтурботні оченята, якісь блакитні, а в них, здавалося, вигравало, пересипане золотими іскорками, прозоре-прозоре світло. Коли ці очі не сміються, то здаються великими і глибокими, мов жива мука. Та варто їм сміятися, як вони вже меншають, зних хлюпоче світло. І здається, що воно котиться по щоках дрібними промінчиками (Чаликушу.Решад Нурі Гюнтекін). (Прожектор виключають. На сцені, на столі світить

137

Ведуча 1.

Ведучий 2. Ведуча 1. Ведучий 2. Ведуча 1. Ведучий 2. Асистент 1.

Учень 1. Учень 2. Учень 1. Ведуча 1.

лампа. Хлопець сидить за столом). Ми разом ходили до школи, в один клас. Яке ж безтурботне і веселе було наше життя. Неспокійні душі мріяли щось викоїти. По-своєму пізнавали світ. Як сьогодні, пам’ятаю уроки фізики, в які закохані були усі (посмішка на обличчі). Приходила наша вчителька і… (Включають світло в залі. Зі столу прибирають все, що на ньому знаходиться. Дзвенить дзвінок. На сцену виходить ведуча. За нею 11 учнів-учасників вечора, кожний з яких тримає в руках обладнання, потрібне для сервірування столу. Відкривають штору, за якою стоїть стіл для проведення дослідів). Добрий вечір. Він не лише добрий, але й смачний. Ми назвали його «Склянка чаю і фізика» Або його можна назвати «Давайте все пояснимо» Все, що побачите, сідаючи традиційно випити склянку чаю. Ітак, до столу. Ми починаємо (Ведучі відходять вбік сцени. На столі для проведення дослідів знаходиться електричний чайник. Асистент включає його у розетку). Я включаю чайник. Можна приступати до чаювання? Але нема ще чаю. Треба чайник накрити кришкою. Тоді вода швидше закипить. Ви в цьому впевнені? Цілком Ось моє перше запитання: як з точки зору фізики пояснити, для чого ми накриваємо чайник, коли кип’ятимо воду в ньому? (За столом радяться. Ведуча звертається до учнів у залі). Хто дасть відповідь? Накриваючи чайник кришкою, ми зберігаємо в ньому тепло, яке надає нагрівник, зменшуємо теплообмін.

Очікувана відповідь або Учень 3. Асистент 2. (Асистент слідкує, чи не кипить чайник).Я бачу на дні і стінках чайника бульбашки, звідки вони взялися? Чую шум від чайника. Чому він появився? Ось ще два цікавих питання. Хто дасть відповідь? Ведучий 2. Поверхня твердого тіла має властивість утримувати Учень 4. молекули газу, які прилипають до неї. Це явище називається адсорбцією. Газ, зв’язаний з поверхнею тіла, 138

Учень 5.

Асистент 1. Учень 6.

Учень 7.

Асистент 1 Асистент 1.

Ведуча 1. Учень 6.

Ведучий 2. Асистент 2.

називається адсорбованим. Гази розчиняються в рідинах. Розчинність зменшується із зростанням температури. Тому при нагріванні води розчинене в ній повітря виділяється біля стінок посудини, приєднуючись до адсорбованого на них повітря. Я знаю, чому шумить чайник. У бульбашках, крім повітря, знаходиться пара води. Бульбашки ростуть і випливають. Коли бульбашки попадають у верхні, більш холодні, шари води, вони охолоджуються і частина пари в них конденсується в рідину, розміри бульбашок зменшуються. Таке періодичне зменшення і збільшення об’єму бульбашок і створює шум. В результаті конвекції, коли вся вода прогріється, бульбашки, які піднімаються, вже не будуть від охолодження зменшуватись в розмірах і почнуть на поверхні води лопатись. Шум припиняється. Починається, так зване, “булькання”. До речі, булькання ще не з’явилось? Ні. У мене виникло питання: “Чи температура пари вища температури киплячої води? Адже опіки парою важчі, ніж опіки, викликані кип’ятком? Ні, температура пари і киплячої води рівні. Оскільки тиск насиченої пари залежить від температури, а кипіння настає, коли тиск насиченої пари дорівнює зовнішньому тиску, то температура кипіння повинна залежати від зовнішнього тиску: чим менший тиск, тим менша температура кипіння, і навпаки. Правильно. Ми підготували дослід, що ілюструє це явище. Наливаю в колбу води і грію її на спиртівці Вода закипіла. Пальник забираємо, закриваємо корком колбу. Придивіться: вода в колбі не кипить. Перевернемо колбу і охолодимо водою ту частину колби, де знаходиться пара. Бачите? Вода закипає. Чому? Частина пари конденсується, тиск над водою зменшується і кипіння наступає при нижчій температурі. Дякуємо за демонстрацію досліду і його пояснення Чайник скоро закипить? Я чула, що під час кипіння нагрівник буде працювати, а температура води підніматися не буде. Як в це важко повірити ! Зараз це доведемо (Асистент починає кип’ятити воду в колбі). Наливаю в колбу воду. Ставлю її кип’ятити 139

Учень 5.

Учень 4. Асистент 1. Учень 3. Ведуча 1. Учень 2.

Ведучий 2. Асистент 2.

Голос із залу.

Учень 1.

Вода закипіла. Опускаю в киплячу воду термометр. Прошу записати покази термометра через кожні 10 секунд. (Записує покази і робить висновок). При кипінні води температура води не змінюється. Ця температура називається температурою кипіння. Для різних речовин вона різна і взяти її можна з таблиці. Вода в чайнику закипіла? Так, вода закипіла. Чи можна чайник відключати від джерела? Але тоді чай вистигне. По-перше, це ще не чай, а кип’яток. По-друге, хто знає, чому він буде охолоджуватись? Частина тепла від води шляхом теплопровідності буде передаватись чайнику, а від нього – шляхом випромінювання – довкіллю. Якщо ще й зняти кришку, то води буде охолоджуватись із-за інтенсивного випаровування. Нагадаю, що суть випаровування в тому, що з поверхні рідини відриваються молекули, які мають великий запас кінетичної енергії. Під час виходу молекули затрачається також енергія на розрив молекулярних зв’язків. Вся ця енергія виділяється з рідини і тому, якщо до рідини не підводити тепло, вона буде охолоджуватись. Справедливість останнього можна довести простим дослідом. Візьму одеколону і наллю трохи на руку, відчуваю холод. Щоб у цьому переконались і ви (звертається до залу), проведемо дослід. (Ставлять на стіл кругло донну колбу, покриту шаром марлі і з’єднану з U-подібним рідинним манометром відкритого типу) Звертаю вашу увагу, що підфарбована рідина у колінах манометра знаходиться на одному рівні. А тепер наливаю трохи одеколону на колбу. Ви бачите: рівні рідини в колінах манометра стали різні. Тиск в колбі різко зменшився. Це сталося через зниження температури газу в колбі внаслідок інтенсивного випаровування одеколону. У мене запитання: “У нас на кухні стоїть глечик з водою, яку ми завжди наливаємо в чайник для кип’ятіння. Якщо і при кімнатній температурі буває випаровування води, то чому воно проходить?” Даю відповідь. Випаровуються ті молекули, які мають найбільшу енергію. А таких молекул небагато.

140

Асистент 1. Голос із залу Учень 2.

Асистент 2.

Учень 3. Всі. Учень 4. Всі. Учень 5.

Учень 6.

Учень 7. Учень 8. Учень 9.

Випаровування йде неінтенсивно Послухайте, закипів чайник У мене сумнів: закипів чайник, з його носика виходить пара. Я її бачу. Але пара – це газ. А гази побачити не можна. Що ж я бачу? Відповідаю. Ми бачимо туман. Це краплини води, конденсовані на порошинках у повітрі або заряджених частинках. Пара – це безколірний газ, який не розрізниш оком (хоч і не всі гази невидимі). Туман може бути різної густини. (Розповідь за таблицею). Дослід заклечається ось у чому. На електроплитці кип’ячу воду у чайнику. До його носика приєднана трубка, опущена у колбу. Від корка колби відходить ще одна трубка. Коли вода в чайнику закипить, пара (туман) починає виходити з трубки. Густина його поступово збільшується, Але вона все ж невелика. Збільшимо концентрацію центрів конденсації (число іонів у повітрі). Для цього можна включити котушку Румкорфа, виводи від якої підведені до двох електродів, що знаходяться в трубці. Котушка дасть між електродами іскровий розряд. Тоді різко зросте густина туману. (Туман можна освітлити фонарем). Вода в нашому чайнику закипіла. Всі це бачать: з носика йде туман. Температура води в чайнику 100°С. Давайте пити чай. Але температура в чайнику не 100°С. Як? Так, температура киплячої води може бути більшою або меншою 100°С. Причину цього ми вже називали. А тепер дізнаємось по барометру величину атмосферного тиску і визначимо температуру води, що кипить. (Підходить до барометра). Атмосферний тиск ... За таблицею “Залежність температури кипіння води від барометричного тиску” знаходжу температуру кипіння води... Цікаво, якби ми налили в чайник ту ж кількість води, але не сирої, а кип’яченої. Чи закипіла б вона швидше, якщо умови нагрівання однакові? Швидше закипить вода кип’ячена. Вона вже раз кипіла. Їй легше ще раз закипіти. Думаю, що швидше закипіла б сира вода, але чому? Сира вода закипить швидше, ніж кип’ячена. Це зв’язано з тим, що вода містить розчинене повітря, яке при кип’ятінні

141

з неї виділяється. В кип’яченій воді бульбашок повітря мало і вони дуже малі. В них тиск визначається тільки тиском пари. Випаровування з ввігнутої поверхні бульбашок проходить важко, імовірність підняття таких бульбашок з дна посудини мала. Підйом буде тільки тоді, коли тиск насиченої пари в бульбашці стане рівним зовнішньому тиску на поверхні рідини, тобто атмосферному. Тому кип’ячена вода закипає пізніше сирої. Ведуча 1. Думаю, що ми внесли ряд цікавих питань, зв’язаних з кипінням і пароутворенням. Тим часом вода в чайнику давно кипить. Перейдемо до чаювання. Учень 10. Але для цього, перш за все, треба заварити чай. Відомо, що смак чаю залежить від того, чи правильно він заварений. Учень 11. А що означає правильно заварити чай? Учень 10. Це означає, що смакові речовини, які входять в склад чайного листа, в найбільшій мірі перейшли в воду. Відомо, що смак чаю залежить від температури, при якій він заварений. Чим вища температура в момент заварки, тим він смачніший. Учень 9. Цікаво, в якому чайнику – металевому чи фарфоровому – краще це робити? Учень 8. Я думаю, що краще в металевому. Коли ми будемо наливати туди кип’яток, чайник швидко нагріється, так як питома теплоємність металу невелика, тому чай буде заварюватись при високій температурі. Учень 9. Але ти не врахував, що металевий чайник, маючи велику теплопровідність, буде швидко віддавати тепло оточуючому середовищу, і вода в ньому буде швидко охолоджуватись. Фарфоровий чайник повільніше нагрівається, але й охолоджується повільніше. Тому він добре збереже тепло. Його й краще брати. Учень 11. Для того, щоб внутрішні стінки заварочного чайника мали більш високу температуру в момент заварки, рекомендується перед засипанням чаю 1-2 рази виполокати чайник кип’ятком. Тоді менше тепла від води піде на його прогрівання. Ведучий 2. Давайте саме так заварювати чай. (Учень 11 заварює чай). Ведуча 1. У нас є кип’яток, заварений чай, склянки. Треба виконати ще одну суттєву операцію: кожному налити чай в склянку. (Звук биття посуду) Чуєте? Нас попереджають. Я відчуваю: це зв’язано з Учень 6.

142

Учень 10. Учень 4. Учень 1. Учень 6.

Учень 5.

Учень 3.

Учень 2. Учень 7.

Учень 8. Учень 1. Учень 4.

Учень 9. Ведуча 1. Учень 9.

новими питаннями з фізики. Так, справа в склянках. Ми маємо тонко- і товстостінні склянки. В які з них краще наливати чай? Якби склянки були тонкостінні, тоді нас чекали б неприємності при розливі чаю з меншою імовірністю. Але чому? Ти чула про таку властивість скла, як термостійкість? Вона визначає здатність скла витримувати заданий інтервал температур, не тріснувши. Термостійкість залежить від ряду фізичних величин: теплопровідності, товщини скла, коефіцієнта його лінійного розширення. Чим тонше скло і менший коефіцієнт його лінійного розширення, тим більша термостійкість. Наприклад, термостійкість кварцу в 20 раз більша термостійкості звичайного скла. Це пов’язано з тим, що коефіцієнт лінійного розширення кварцу в 20 разів менший, ніж у скла. Так як термостійкість товстого скла менша, ніж тонкого, я дію так: опускаю ложку в свою порожню склянку. Склянка готова до розливу. Я все зрозуміла і зроблю так, як ти. Опускаю свою ложку в склянку. Ложка металева, має велику теплопровідність і забиратиме частину тепла, коли ми наллємо кип’яток. Скло товстостінної склянки від цього буде нагріватися повільно. Склянка не трісне. Ця міра запобігання достатня для того, щоб склянка не трісла? Так. Але все ж бажано наливати чай повільно. Зовнішня поверхня стінки склянки встигне при цьому прогрітися і деформації не відбудеться. Що ж раніше наливати – заварку чи кип’яток? Мені здається, що це не має значення, бо їх температури однакові. Це так. Але на практиці завжди температура заварки менша, і тому безпечніше раніше наливати заварку, а потім кип’яток. Я прошу, як виключення, налити мені раніше кип’яток, а потім заварку. Ти хочеш нас чимось здивувати? Можливо. (Дивиться на склянку зверху під кутом до поверхні рідини). Коли я дивилася на чистий кип’яток, дно склянки мені здалось підняте, а частина ложки, що знаходиться під водою – зменшена. Чому? Може, мені 143

Учень 2. Ведучий 2. Учень 10.

Учень 11.

Учень 2.

Асистент 1.

Ведуча 1. Учень 8. Учень 7. Учень 10. Учень 5.

Учень 4. Учень 6.

Хлопець.

здалося? Ні. Це не ілюзія. Ефект пояснюється заломленням світла. (Всі кладуть цукор в чай, помішують чай) Я бачу, що всі досить активно зайнялися однією й тією ж операцією. Це необхідно, чи робиться машинально? Ми кладемо цукор в чай, щоб він мав солодкий смак. Цукор розчиняється в рідині. Молекули цукру при цьому внаслідок свого хаотичного руху і дифузії розподіляються по всьому об’ємі чаю. При помішуванні, крім дифузії, проходить вимушена конвекція шарів рідини, що прискорює процес. Я ось що скажу: “Мені наповнили склянку чаєм по вінця так, щоб не можна було долити жодної краплі. Але я обережно всипала цукор і чай не перелився через край. Чому?” Я відповім. Коли ти всипала цукор, його молекули розмістились у проміжках між молекулами води, утворився розчин, густина речовини зросла. Я проведу дослід, який доведе вищесказане. Беру довгу скляну трубку довжиною 1-1,5м, запаяну з одного кінця. Заповню половину трубки водою, далі обережно доливаю спирту. Трубку закриваю корком. Змішаю рідини, повертаючи трубку у вертикальній площині. Об’єм рідини зменшився. Довідка: 100см3 води і 100см3 спирту, змішуючись, утворюють розчин не 200, а 196см3. Давайте пити чай. Обережно. Він гарячий. Я дую на нього. Я наливаю в блюдце. Навіщо вони це роблять? Ми дуємо на чай, щоб збільшити швидкість випаровування. Коли чай наливаємо в блюдце, збільшуємо площу випаровування, і процес іде в більшому масштабі і швидше. І знову фізика, фізика, фізика…( Музична заставка) А чай смачний, ми його п’ємо із задоволенням. (Всі п’ють чай з насолодою.) (Гасять світло. Всі учасники швидко залишають сцену. Змінюється декорація: стіл, настільна лампа, крісло) Ось так. Тоді вечір всім сподобався. А особливо нам, учасникам. (Світло виключене повністю. Прожектор освітлює тільки пару Хлопець-Дівчина, які сидять на поручні сцени).

144

Дівчина. Хлопець.

Дівчина. ХлопецьДівчина (разом)

Ведуча 1. Ведучий 2.

…Пригадую випускний бал. Ми сиділи разом і не могли наговоритися… А потім танцювали, танцювали, танцювали (Вимикають прожектор і включають світло в залі. Хлопець-Дівчина виконують танець на сцені). (Вимикають світло, світить тільки настільна лампа, музична заставка. Дзвінок у двері). Ось, ось він, довгожданий дзвінок. (Заходить Дівчина). Мир дому твоєму. Я радий бачити тебе. Прошу, сідай. Ми давно не бачились. Я пригощу тебе сьогодні запашним чаєм. (Показує рукою на стіл). День без тебе – похмурий і безрадісний. Думки мої пов’язані тільки з тобою. Хочу бачити, говорити, спілкуватись тільки з тобою. Я щасливий, щиро щасливий, якщо бачу щасливою тебе. (Встають обоє і наближаються до краю сцени. Включають загальне світло). Світ і жінка невіддільні Давайте ж дивитись на світ Очима коханих жінок. Їм, і лише їм судити – Справжні ми чи не справжні І на що ми здатні, Оскільки нашим ставленням до них Визначається культурність нації А найвища культурність – чуйність. Бо тільки чуйний – мужчина. Природо-матір, Не обділи мого сина цим даром, А решта – він досягне сам. (Слово про матір. Мухтар Шаханов) (Музична заставка). Ми раді, що ви прийшли до нас на вечір. Я думаю, що ви задоволені. До побачення.

145

ЗМІСТ Передмова

3

УРОК 1 Тема. Тепловий стан і температура. Вимірювання температури.

4

УРОК 2 Тема. Залежність лінійних розмірів та об’єму тіл від температури.

11

УРОК 3 Тема. Лабораторна робота №1. Вимірювання температури за допомогою різних термометрів.

16

УРОК 4 Тема. Внутрішня енергія тіла.

19

УРОК 5 Тема. Способи зміни внутрішньої енергії.

23

УРОК 6 Тема. Види теплообміну.

27

УРОК 7 Тема. Кількість теплоти.

32

УРОК 8 Тема. Лабораторна робота № 2. Визначення питомої теплоємності твердого тіла.

36

УРОК 9 Тема. Розв’язування задач на розрахунок кількості теплоти.

39

УРОК 10 Тема. Розв’язування задач на тепловий баланс.

46

УРОК 11 Тема. Лабораторна робота №3. Порівняння кількості теплоти при змішуванні води різної температури.

49

УРОК 12 Тема. Теплота згоряння палива. Екологічні проблеми, що виникають при спалюванні палива.

52

УРОК 13 Тема. Розв’язування задач на визначення кількості теплоти при

67

146

згорянні палива. УРОК 14 Тема. Лабораторна робота №4. Визначення коефіцієнта корисної дії нагрівача.

72

УРОК 15 Тема. Контрольна робота з теми «Теплові явища. Кількість теплоти. Теплота згорання палива». УРОК 16 Тема. Плавлення і кристалізація речовин.

75 76

УРОК 17 Тема. Розв’язування задач на процеси плавлення і кристалізації.

81

УРОК 18 Тема. Випаровування і конденсація.

87

УРОК 19 Тема. Кипіння.

93

УРОК 20 Тема. Розв’язування задач на обчислення кількості теплоти при пароутворенні і конденсації.

98

УРОК 21 Тема. Пояснення зміни агрегатних станів речовини.

105

УРОК 22 Тема. Перетворення енергії в механічних і теплових процесах.

111

УРОК 23 Тема. Двигун внутрішнього згоряння.

118

УРОК 24 Тема. Парова і газова турбіни.

127

УРОК 25 Тема. Контрольна робота з теми «Зміна агрегатного стану речовини». 133 Позакласний захід «Склянка чаю і фізика».

135 146 Зміст

147

Навчальне видання

видання

ЛОЗЯК Галина Йосипівна Моделі уроків з фізики. 8 клас. Тема «Теплові явища» Методичний посібник

Андріїв Т.С. Голутяк В.Ю. Мязіна Н.Б.

Літературний редактор Комп’ютерний набір Дизайнер

Підписано до друку 21.03.2011 Формат 60х84/16. Гарнітура «Tіmes New Roman». Умов. друк. арк. 8,49. Наклад 100 пр.

Віддруковано в Івано-Франківському обласному інституті післядипломної педагогічної освіти пл. А. Міцкевича, 3, м. Івано-Франківськ, 76001. тел. 8(0342) 71-56-22.

E-mail: vdvcit@pu.if.ua Свідоцтво суб’єкта видавничої справи ДК №2718 від 12.12.2006.

148