«Деятельностный подход к формированию физических понятий по теме: «Тепловые явления»
статья по физике (8 класс) по теме

Козаченко Елена Олеговна

учитель физики

МБОУ СОШ№18

г. Армавир Краснодарский край

Из опыта работы учителя физики

«Деятельностный подход к формированию физических понятий по теме: «Тепловые явления»

 Армавир - 2012

УДК           372.8:53

 ББК   74.262.22

К 55

 Понятийный аппарат  и методика

проведения уроков по теме.

Важной предпосылкой творчества школьников являются глубокие и прочные знания. Нельзя ориентировать учащихся на проявление творческого подхода, не создав опоры на хорошее понимание и усвоение учебного материала. Проблема формирования глубоких и прочных знаний была и остается главной, поскольку от ее решения зависит уровень образования и развития школьников, а также мировоззрение и убеждения.

Принцип обучения в деятельности признается почти всеми психологами, педагогами и методистами. Согласно этому принципу усвоение новых научных знаний эффективно осуществляется только в процессе собственной деятельности, адекватно изучаемым понятиям. Даже самое лучшее изложение учебного материала не даст желаемых результатов, если учителем не будет широко использована собственная деятельность школьников. В процессе собственной деятельности учащихся приходится применять полученные знания на практике, им становится, виден смысл теоретических положений, изученных ранее. Собственная деятельность заставляет ученика глубже вникать в существо вопроса, логически мыслить. Нужно как можно больше развивать собственную деятельность школьников, научить их смело использовать на практике полученные знания.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

1. Выделения основных понятий и закономерностей темы  «Тепловые явления», которые плохо усваиваются;
2. Разработка содержание и структуру действий адекватных усваиваемых знаниям;
3. Разработка  дидактического материала,   работая с которыми учащиеся усваивают действия и связанные с ними знания;
4. Разработка  методики изучения темы: «Тепловые явления», в которой формирование понятий связано с выполнением действий.

В процессе обучения приходится иметь дело с формированием различных по степени сложности (богатству содержания), общности и значимости понятий. Среди всех особое место занимают философские понятия - категории, выполняющие методологические функции, имеющие  важное мировоззренческое значение. Таковы, например, понятия  «материи», движение", "пространство", "время". В связи с процессом интеграл наук в курсах все более возрастает удельный вес понятий, общих для многих наук, но отличающихся от философских категорий, например понятий "масса", "взаимодействие", "работа", "энергия", общих для всех естественных научных дисциплин. В особую группу выделяются понятия частных наук, также различные по степени общности. Наиболее сложными из них являются философские понятия - категории и понятия, общие для ряда наук, например естественных. Формирование таких понятий - сложный, продолжительный во времени процесс. Рассмотрим некоторые этапы:

1.  чувственно-конкретное восприятие, осуществляемое в различных условиях (домашние наблюдения, наблюдения за объектами, демонстрируемыми учителем в процессе фронтального эксперимента или во время работы с раздаточными материалами). К числу воспринимаемых объектов относятся и знаковые изображения объектов (на схемах, графиках, в формулах и т.д.).

Чувственно-конкретное восприятие в условиях школьного обучения целенаправленно. Учитель ориентирует при этом учеников на выявление определенных свойств, сторон наблюдаемых объектов, связей. Оно сопровождается анализом, сравнением, сопоставлением.

При классификации понятий необходимо уточнить, обобщить знания о связях и отношениях группы уже сформированных понятий. Кроме того, его цель - ознакомить учащихся с сущностью и правилам: научной классификации, раскрыть значение классификации в упорядочении и  систематизации накопленных знаний.

Разумеется, что первые классификационные схемы и таблицы могут быть построены учащимися только под руководством учителя.

Теперь непосредственно обратимся к теме "Тепловые явления". При изучении явлений теплообмена и парообразования учащимся можно предложить следующие задания:

 1. Определить отношения понятий «теплопроводность», «теплообмен», «излучение», «конвекция». Указать родовое понятие и его виды, изобразить их отношения с помощью схемы рис. 2.1.

2. Определить соотношение понятий «кипение», «парообразование», «испарение» и изобразить его с помощью схемы рис. 2.2.

Рис.2.1.

Рис 2.2.

После ознакомления учащихся с агрегатным состоянием вещества и их изменениями предлагается им следующая задача.

А.  В тексте приведены две группы понятий: испарение, твердое, плавление, жидкое, парообразование, кипение, газообразное, конденсация, отвердевание (кристаллизация), плазма. Разделите их и укажите

Таблица 1.

общее (родовое) понятие для каждой из групп. Результаты группировки и деления на виды изобразите в виде классификационных схем и таблиц. Работа выполняется всеми учащимися класса под руководством учителя. Учащиеся заполняют таблицу 1 и схемы, представленные на рис. 2.3.

Рис. 2.3.

Затем предлагается следующее задание.

Б. На рис. 2.4. в прямоугольных рамках указаны явления. Подумайте, какими более общими понятиями (родовыми) они объединяются, запишите в большой рамке термины, обозначающие родовые понятия. В каком отношении находятся понятия друг с другом, условно изображенные  малыми прямоугольниками.

Рис. 2.4.

Одним из наиболее важных этапов формирования понятий также является определение понятия.

Новое понятие дается путем указания его ближайшего рода и видового отличия, причем определяемое понятие ставится на первое место.

Так если обратится к учебнику 8 класса к теме "Тепловые явления", то заметим, что первое понятие, с которым учащиеся знакомятся - это тепловое движение. Авторы А.В. Перышкин и П.А.Родина так дают определение: «беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называют тепловым движением». Ученикам трудно усвоить само понятие теплового движения. Для усвоения теплового движения, определяемое понятие ставится на первое место. Ближайшим родовым понятием служит «движение».

Таким образом, определение понятия будет таким: «Тепловым движением называется беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела».

Из всех понятий, которые даются в теме «Тепловые явления», лишь понятие теплового движения соответствует той структуре понятия, по которой учащимся легче усвоить понятие. Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую. В данном случае ближайшим родовым понятием служат «машины», видовым отличием - в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

Однако не все понятия можно определить, особенно на начальном этапе их образования. В таком случае ограничиваются указанием, перечислением существенных свойств предметов (явлений), охватываемых данным понятием.

Примером тому может служить понятие «энергия». В 7 классе сообщается признак наличия энергии: «Если тело или несколько взаимодействующих тел (система тел) могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией».

Анализ литературы по методике преподавания физики, а в частности, по методике преподавания темы «Тепловые явления», показывает, что определенные методические трудности возникают в связи с устаревшей терминологией. Основные термины – «теплота», «количество теплоты», «теплоемкость», «тепловая передача», «теплообмен» - появились в период теплородных представлений, когда под теплотой понимали особую материальную среду. При современных взглядах на природу теплоты такая терминология затрудняет правильное понимание

m - масса тела

q - удельная теплота сгорания

Q - количества теплоты, необходимое

для плавления кристаллического тела

m - масса тела

λ -  удельная теплота плавления

Q - количества теплоты, необходимое

для превращения в пар жидкости

m - масса тела

L - удельная теплота парообразования

Рассматривался закон сохранения количества теплоты  при теплообмене (хотя как закон не формулируется).

Изучение темы «Тепловые явления» происходит не только в 8 классе, но и в 10 классе на более высоком уровне.

На основе деятельного подхода возможно следующая структура темы «Тепловые явления».

 ПРИЛОЖЕНИЕ

Урок Основные положения MKT. Тепловое движение.

Цель урока:

                    образовательная - повторение теории строения вещества,

                                                    понятие молекулы, тепловое движение

                    развития              - работать над формированием умения

                                                   делать логические заключения, выводы,

                                                   обобщения

                    воспитательная - знакомить учащихся с взаимосвязанностью

                                                   и обусловленностью явлений окружающего

                                                    мира, раскрыть значения накопленных

                                     фактов и их уточнение при познаваемости  

                                                    явлений.

Демонстрационное оборудование: мульмедиа(хаотическое движение молекул) модель броуновского движения.

План:

1. Повторение MKT:

    а) понятие молекулы;

    б) сущность МКТ.

2. Объяснение нового материала:

    а) понятие теплового движения.

3. Закрепление.

4. Домашнее задание.

5. Подведение итогов урока.

    Методические рекомендации к проведению урока. Необходимо вместе с учащимися вспомнить: из чего состоит вещество? Дать понятие молекулы.

Определение: Молекулой называют маленькую частичку вещества, способную к самостоятельному существованию и сохраняющую химические свойства вещества.

Слово молекула происходит от лат. «молес» - масса, «кула» - уменьшительный суффикс.

Молекулы состоят из атомов (от греч. «атомос» –неделимый). О том, что любое вещество состоит из мельчайших неделимых частиц - атомов было высказано около 2500 лет назад древнегреческим философом Левкиппом и Демокритом. По их представлениям все тела образуются в результате соединения атомов. Различие в том, что тела состоят из различных атомов или одинаковые атомы по-разному соединены между собой в пространстве.

В начале прошлого столетия английский ученый Д. Дальтон тока зал, что многие закономерности явлений природы можно объяснить, используя представления об атомах и молекулах, и научно обосновал молекулярное строение вещества. К началу нашего столетия была окончательно создана и подтверждена множеством опытов

молекулярно-кинетическая теория строения вещества. В чем же заключается сущность этой теории?

Формулируются основные положения молекулярно-кинетической теории вещества.

1. Все виды вещества состоят из молекул, между которыми имеются межмолекулярные промежутки (опыты по нагреванию);

2. Молекулы в любом веществе непрерывно и хаотически (беспорядочно) движутся (диффузия, броуновское движение).

3. Между молекулами действует сила взаимодействия, которая зависит от расстояния между молекулами сложным образом.

Между молекулами действует и сила притяжения и сила отталкивания одновременно.

4. Скорость хаотического движения молекул любого вещества зависит от температуры. Чем выше температура тела, тем больше скорость хаотического движения.

Показ хаотического движения.

Маленькие частицы газа движутся с большими скоростями в разных направлениях, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда, отчего меняются их скорости, и снова движутся до следующего столкновения.

Со скоростью движения тела связана его температура.

 Определение: Тепловым движением называют беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела.

Тепловое движение отличается от механического тем, что в нем участвует очень много частиц и каждая движется беспорядочно.

Знание о внутреннем строении вещества и тепловом движении позволяет объяснить тепловые явления.

3. Закрепление.

Вопросы к параграфу.

4. Домашнее задание.

Повторить понятие потенциальной и кинетической энергии.

Урок  Способы теплопередачи (теплопроводность, конвекция, излучение). Примеры теплопередачи в природе и технике.

Цель урока:

образовательная - понятие теплопроводности, конвекции,  излучения.

         развития        - учащимся показать роль физического эксперимента,                                          работать над формированием способности обобщать опытные данные.

         воспитательная  - познакомить учащихся с практическим применением теплопроводности, конвекции, излучения.

Демонстрационное оборудование: штатив деревянный, цилиндр, воск (пластилин), спиртовка, стеклянный цилиндр для термометра, два термометра, пробирка, термоскоп, одна сторона выкрашена белой, а другая черной краской, гиря, демонстрационный столик,  зеркало вогнутое, мультимедиа.

План.

1. Проверка домашнего задания.

2. Объяснение нового материала.

3. Закрепление.

4. Домашнее задание.

5. Подведение итогов урока.

Методические рекомендации к проведению урока.

1. Самостоятельная работа по вопросам:

            1                         2

                                                                                                    Рис. 3.1.

2. Объяснение нового материала.

Теплопроводность.

Изложение начинают с постановки проблемного

 опыта.

На деревянный цилиндр накладывают ряд

кнопок, обертывают его одним слоем

бумаги. При кратковременном  помещении

цилиндра в пламя горелки происходит

неравномерное обугливание бумаги

Ставят вопрос: почему бумага, прилегающая к кнопкам, обугливается меньше?

Обобщая ответы учащихся и имеющиеся у них представления, устанавливают факт передачи теплоты от одной части твердого тела к другой и объясняют его.

При нагревании происходит увеличение скорости движения молекул, из которых состоит тело. Это движение передается соседним молекулам, в результате скорость этих молекул и, следовательно, температура данной части тела возрастает.

В результате сделанного анализа вводится понятие теплопроводности.

Определение: Теплопроводностью называется перенос энергии от более нагретых  участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и

взаимодействия частиц.

Затем вводят понятие о хороших проводниках теплоты - металлах и плохих (изоляторах) - дерево, стекло.

Полезно сообщить учащимся сравнительные данные теплопроводности некоторых твердых, жидких и газообразных тел.

Например, железо в 163 раза лучше проводит тепло, чем дуб и в 100 раз лучше, чем вода; вода - в 27 раз лучше, чем воздух.

Конвекция

      Изложение можно начать с постановки проблемного опыта.

Расположив, как указано на рисунке,

стеклянную трубку с водой над                    Рис. 3.2.

пламенем спиртовки. При этом

показания одного термометра

(на рисунке слева), как уже известно

учащимся, останутся почти без

изменения, а другого (на рисунке

справа) начнут быстро

увеличиваться.

Ставят вопрос: почему вода в одном случае хорошо,

а в другом – плохо передает тепло?

В беседе выясняют, что, так как вода при нагревании расширяется, то плотность ее уменьшается и поэтому

под действием архимедовой силы более легкие, нагретые слои воды поднимаются вверх и переносят тепло.

Затем с помощью бумажных вертушек и дыма демонстрируют образование восходящих потоков воздуха над нагревателем.

В данном случае наблюдаем иной вид теплопередачи, который называют конвекцией

(от латинского слова конвекцио - перенесение).

При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.

Излучение.

В беседе выясняют, что тепло может передаваться от раскаленных светящихся тел с помощью излучений. Учащиеся знают, что главным источником света и тепла на Земле является Солнце, находящее от нас на огромном расстоянии (150 млн. км).

Существуют невидимые тепловые лучи, которые испускают любые нагретые тела.

Опыт:                                                                                                            

лучи Термоскоп, одна сторона которого

выкрашена бедой, а другая черной

краской, и располагают его около

сильно нагретой гири. Опыт будет

еще выразительнее, если колбу

поместить в конус тепловых лучей,

собранных зеркалом, поставленным

за гирей.

При подготовке опыта для выбора  Рис. 3.3.

наилучшего взаимного расположения

зеркала, гири и колбы следует вместо

гири взять электрическую лампочку и

сфокусировать а колбе. Перемещение                  

столбика жидкости в трубке укажет на расширение                        

воздуха при нагревании. Испусканию гирей тепловых

лучей можно также обнаружить, поместив на место, где

стояла колба баллон демонстрационного термометра. Возникает вопрос: каким образом возникает нагревание воздуха в колбе? Передача тепла от нагретой гири к термоскопу не могла осуществляться ни теплопроводностью, ни конвекцией.

Опыт повторяют, повернув термоскоп к гире забеленной стороной и наблюдают, что белая поверхность хуже поглощает лучи, чем черные.

Этот опыт помогает учащимся понять, почему летом на солнце прохладнее в светлой, чем черной одежде.

Вводится понятие излучения.

Определение: Излучением называется энергия, передаваемая от нагретого тела  

                         теплоприемнику иным видом теплопередачи.

3. Закрепление.

    Для закрепления трех видов теплопередачи возможно использование упр. 2,3 с. 5.

4. Домашнее задание.

5. Вывод: знакомство с понятием теплопроводности, конвекции, излучения,

   их практическим применением.

Урок   Испарение, кипение. Удельная теплота парообразования. Формула теплоты парообразования

Цель урока:                  

                           образовательная - введение новых понятий испарения, кипения,

                           удельной      теплоты парообразования,  связь между  

                         количеством теплоты, массой и удельной теплотой

                           парообразования

                           развития            - умение учащихся делать выводы, обобщать

                           воспитательная - практическое использование испарения,      

                         кипения.

Демонстрационное оборудование: четыре матовых стекла, четыре колбы, вода, эфир,  спирт, керосин, пульверизатор, тампон.

План.

1. Объяснение нового материала:

1.1.  а) понятие испарения;

        б) основные закономерности испарения;

        в) понятие конденсации;

        г) кипение.

1.2. Удельная теплота парообразования и конденсации.

2. Закрепление.

3. Домашнее задание.

4. Подведение итогов урока.

Методические рекомендации к проведению урока.

Определение: Парообразованием называется явление превращения жидкости в пар.

Существуют два способа перехода жидкости в газообразное состояние: ИСПАРЕНИЕ и КИПЕНИЕ.

Определение: Испарением называется парообразование, происходящее с поверхности  жидкости.

Молекулы жидкости (твердого тела или газа), непрерывно движутся с разными скоростями. Если какая-нибудь молекула окажется у поверхности жидкости, то она сможет преодолеть препятствие соседних молекул и вылететь из жидкости. Вылетевшие с поверхности жидкости молекулы образуют над нею пар. У оставшихся молекул жидкости при соударении меняются скорости, некоторые молекулы приобретают при этом скорость, достаточную для того, чтобы, оказавшись у поверхности, вылететь из жидкости. Этот процесс продолжается, поэтому жидкость испаряется постепенно.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСПАРЕНИЯ можно показать при помощи нескольких матовых стекол, установленных вертикально на подставках из пластилина (рис. 10.1.)        На стекла при помощи кусочка

ваты, смоченной в интересующей нас жидкости,

наносят влажные пятна. Матовые стекла южно

получить, если обработать шкуркой кусочки

оконного стекла. Пятна жидкости на стеклах

будут лучше видны, если их сзади осветить

(лучше освещать лампой с матовым стеклом,

чтобы яркий свет не попадал ученикам в глаза

и не мешал наблюдениям).

Испарение должно происходить при всякой

температуре, так как в жидкости всегда есть

более быстрые молекулы, которые смогут

преодолеть притяжение окружающих молекул

и вылететь за пределы жидкости, можно

показать, что быстрота испарения у различных

жидкостей различна. Для этого около каждого

стекла нужно поставить колбу с той жидкостью,                            Рис. 10.1.

которой будет смачиваться стекло: с водой,

спиртом, эфиром (или ацетоном), глицерином (или маслом).

вода, спирт, если по внешнему виду будет трудно судить о содержимом колб, можно при помощи пластилина приклеить полоски бумаги с соответствующими надписями. Кусочками ваты, смоченными в жидкостях на стекла наносят влажные пятна. Для того, чтобы учащиеся сделали вывод о том, что пятно спирта исчезает быстрее, чем пятно воды, потому что пятно было нанесено раньше, нужно наносить в следующем порядке: глицерин (или масло), вода, спирт, эфир (ацетон). Этот опыт показывает как велика высота испарения эфира, и производит сильное впечатление. После эфира исчезает спиртовое пятно, потом водяное. Последнее пятно - глицерина или масла - сохраняется до конца урока. Стекло с ним можно принести на следующий урок.

Учащимся нужно знать, что ртуть испаряется очень медленно. По этой причине надо остерегаться проливать ртуть.

Быстрота испарения зависит от температуры. Для этого нужно нанести одинаковые пятна воды или спирта на два стекла, подержав предварительно одно из них над нагревателем, и показать, что с нагретого стекла пятно исчезает значительно быстрее, чем с холодного.

Далее выясняют, от чего еще зависит быстрота испарения одной и той же жидкости.

Опыт: если нанести на два стекла одинаковые пятна и одно из них

обмахивать картонным веером, наглядно показывают, как влияет на испарение, на его быстроту движение воздуха.

Понижение температуры при быстром испарении проще показать /рис. 10.2/: На деревянную подставку ставят небольшой металлический сосуд, например, колпачок от спиртовки или крышку от коробочки из-под вазелина. В сосуд наливают немного эфира и при помощи резиновой груши от пульверизатора                                                            продувают воздух. Чтобы эффект получился

быстрее, на конец резиновой трубки надевают

стеклянный наконечник от пипетки. Через 1-2 мин.

сосуд примерзает к подставке. Если попытаться

поднять сосуд вместе с ним поднимается и

подставка.

Когда выяснено, что при испарении жидкости

ее температура понижается, ставят вопрос о том,                        Рис. 10.2.

почему она не понижается беспредельно.

Почему вода в открытом сосуде к концу дня не замерзает.Далее учащиеся знакомятся с понятием конденсации.

Определение: Конденсацией называется явление превращения пара в жидкость.

Объяснение материала происходит на основе фактов, изложенных в учебнике 8 класса физики.

Рассмотрим второй способ образования пара - КИПЕНИЕ.

Перед уроком в течение нескольких минут показать опыт с жидкостью, которая имела кипение и из нее, поэтому, удалена значительная часть воздуха, можно наблюдать образование крупных редких пузырей с воздухом и паром, которые доходят до поверхности и лопаются, выбрасывая пар в атмосферу.

Кипение - это образование пара внутри жидкости в отличие от обычного испарения с поверхности.

Определение: Температурой кипения называют температуру, при которой

                         жидкость кипит.

Во время кипения температура жидкости не меняется.

У разных жидкостей температура кипения различна. Следует ознакомить учащихся с таблицей температур кипения и задержать на ней внимание, задав ряд вопросов:

1. Чем можно обжечься сильнее: кипящим маслом или кипящей водой?

2. Можно ли в запаянной посуде варить суп, поджаривать пищу?

Необходимо сообщить учащимся о том, что на высоких горах вода кипит при температуре ниже 100 ͦ С. На самой высокой горе – «Джомолунгма» (Гималаи) на высоте 8848 м. при 70еС, на вершине «Пик коммунизма» (Памир) на высоте 7495 м. при температуре 75 ͦ С, на вершине Казбек на высоте 5043 м. при температуре 83 ͦ С.

Чтобы температура испаряющейся жидкости не изменилась, к жидкости необходимо подводить определенное количество теплоты.

Определение: Удельной теплотой парообразования называется физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры.

Удельную теплоту парообразования обозначают буквой L, ее единица – 1Дж/кг.

Чтобы вычислить количество теплоты, необходимое для превращения в пар жидкости любой массы m, взятой при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования умножить на массу: Q = Lm

Сообщить учащимся о значении испарения (Л-10).

Для закрепления необходимо, чтобы учащиеся дали определение испарения, конденсации, также вопросы:

1. От чего зависит испарение?

2. В чем сходство и различие между кипением и испарением?

3. В какую погоду быстрее высохнет скошенная трава - в тихую или ветреную?

4. Почему в сырую погоду дым движется низко около поверхности земли?

Домашнее задание.

Урок  Определение удельной теплоты парообразования по таблицам и графикам   зависимости количества теплоты парообразования от массы вещества.

Цель урока:

                         образовательная - усвоение учащимися понятия испарения,  

                         кипения, удельной теплоты парообразования

                     развития           - применение полученных знаний на практике

Демонстрационное оборудование: мультимедиа.

План.

1. Повторение.

2. Работа с дидактическим материалом JI-4 (см. Гл. II § 4).

3. Домашнее задание.

Методические рекомендации к проведению урока.

Повторение, возможно, провести по следующим вопросам:

1. Дать понятие испарения.

2. От чего зависит испарение?

3. Исследования показывают, что человек начинает ощущать перегрев тела во влажном воздухе при 30 ͦ С, а в сухом - при 40 ͦ С. Почему в сухом воздухе легче переносится жара?

4. Чтобы хлеб не высыхал, его хранят в закрытом ящике. Почему?

5. Почему запотевают очки, когда человек входит зимой в теплое помещение?

6. Сырые дрова дают меньше тепла, чем сухие. Чем это объяснить?

7. Почему после выпадения осадков воздух становится чистым?

8. Понятие конденсации.

9. Что понимаем под кипением?

10. Связь количества теплоты с удельной теплотой парообразования.

11. Если быстро коснуться мокрым пальцем горячего утюга, то мы не чувствуем ожог. Почему?

После повторения работа с дидактическим материалом, Л-4.

Урок  Составление уравнения теплового баланса по графикам теплообмена.

Цель урока: повторение уравнения теплового баланса, формул для определения  

                     количества теплоты (плавление, нагревание, охлаждение,  

                     кристаллизация), формирование навыков самостоятельной работы.

Методические рекомендации к проведению урока.

Прежде чем приступить к работе с дидактическим материалом (Л-7), необходимо разъяснить учащимся цель данного урока, отработать систему действий, которая облегчит самостоятельную работу.

Далее - работа с дидактическим материалом (Гл. II § 4, Л-7).

Система действий и их содержание при формировании основных понятий темы «Тепловые явления».

Разработана методика изучения темы, которая бы опирается на деятельностную теорию учения. Согласно этой теории учащиеся смогут усваивать знания только в процессе собственной деятельности.

Для достижения цели по теме «Тепловые явления» предлагается следующая система действий:

1. Распознавания тепловых процессов (нагревание, плавление, кристаллизация, кипение, конденсация) по графикам зависимости температуры от времени нагревания.

2. Воспроизведение графиков зависимости температуры от времени нагревания вещества.

3.Определение удельной теплоемкости вещества по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от времени нагревания (охлаждения) и известной массе.

4. Определение удельной теплоты плавления (кристаллизации) по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от массы вещества Q (m).

5. Определение удельной теплоты парообразования (конденсации) по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от массы вещества Q (m).

6. Воспроизведение формул для подсчета количества теплоты на графиках тепловых процессов.

7. Составление уравнения теплового баланса по графикам теплообмена.

8. Составление текстов задач по графикам теплообмена и их решение.

9. Решение текстовых задач на уравнение теплового баланса.

10. Определение удельной теплоты сгорания по таблицам и

графикам зависимости количества теплоты от массы сгоревшего топлива.

11. Решение комплексных задач по теме «Тепловые явления». Указанные действия раскрываются на учебных картах.

Содержание учебной карты раскрывается во время объяснения нового материала. При самостоятельном выполнении заданий каждый учащийся должен иметь перед собой учебную карту с полным составом операций выполнения вновь введенного действия. Устное представление содержания учебной карты и даже письменного на доске или экране с помощью проекции менее эффективно. Рассмотрим учебные карты, разъясняющие, как выполнять действия на дидактических материалах.

УЧЕБНАЯ КАРТА 1.

Состав действий.

«Распознавание тепловых процессов по графикам, определение температуры плавления (кристаллизации), кипения (конденсации), нагревания (охлаждения)».

1. Установить зависимость каких физических величин изображена на графике.

2. Установить для какого вещества изображена зависимость температуры от времени нагревания.

3. Выделить на графике, характерные точки температуры и установить какому процессу они соответствуют,

4. Определить какому процессу соответствует каждый участок графика, и надписать его название над этим участком.

УЧЕБНАЯ КАРТА 2.

Состав действий.

«Воспроизведение графиков зависимости температуры вещества от времени нагревания».

1. Изобразить координатные оси зависимости температуры вещества от времени нагревания.

2.  Для заданного вещества определить по таблицам учебника температуру плавления и температуру кипения и описать эти характерные точки температуры и начальную температуру вещества на координатной оси.

3. Изобразить процессы, происходящие с веществом при его нагревании (охлаждении).

4. Надписать название теплового процесса над каждым участком графика.

УЧЕБНАЯ КАРТА 3. «Определение удельной теплоемкости вещества по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от времени нагревания (охлаждения) и известной массе».

1. Сформулировать определение удельной теплоемкости вещества.

2. Записать формулу для определения удельной теплоемкости вещества.

3. Выбрать из таблицы графика  данных определенное изменение температур и найти соответствующее изменение количества теплоты для заданной массы,

4. Вычислить значение удельной теплоемкости вещества с учетом единиц.

5. Установить по таблице учебника для какого вещества определена удельная теплоемкость.

УЧЕБНАЯ КАРТА 4.

Состав действий.

«Определение удельной теплоты плавления по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от массы вещества»

1. Сформулировать определение удельной теплоты плавления.

2. Записать формулу для определения удельной теплоты плавления (кристаллизации).

3. Выбрать из таблицы графика данных массу вещества и установить соответствующее количество теплоты необходимого для изменения его агрегатного состояния.

4. Вычислить значение удельной теплоты плавления (кристаллизации) с учетом единиц измерения.

5. Установить по таблице учебника для какого вещества определена удельная теплота плавления (кристаллизации).

УЧЕБНАЯ КАРТА 5.

Состав действий.

«Определение удельной теплоты парообразования (конденсации) по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от массы вещества».

1. Сформулировать определение удельной теплоты парообразования (конденсации).

2. Записать Формулу для определения удельной теплоты парообразования (конденсации).

3. Выбрать из таблицы графика данных массу вещества и установить соответствующее количество теплоты, необходимого для изменения его агрегатного состояния.

4. Вычислить значение удельной теплоты парообразования (конденсации) с учетом единиц измерения.

5. Установить по таблице учебника для какого вещества определена удельная теплота парообразования (конденсации).

УЧЕБНАЯ КАРТА 6.

Состав действий.

«Воспроизведение формул для подсчета количества

теплоты на графиках тепловых процессов»

1. Установить зависимость каких физических величин изображена на графике.

2. Выделить на графике характерные точки температуры.

3. Установить для какого вещества изображена зависимость температуры от времени нагревания (охлаждения).

4. Определить какому тепловому процессу соответствует каждый участок графика и надписать над ним соответствующую формулу для подсчета количества теплоты.

УЧЕБНАЯ КАРТА 7.

Состав действий.

«Составление уравнения теплового баланса по графикам теплообмена»

1. Определить по графикам сколько тел участвует в процессе теплообмена.

2. Установить какие процессы описывает каждый участок графика.

3. Записать в общем виде уравнение теплового баланса для каждого графика

(Q1+Q2+Q3+…+Qn).

4. Записать формулу количества теплоты для каждого участка графика и подставить в уравнение теплового баланса.

УЧЕБНАЯ КАРТА 8.

«Составление текстов задач по графикам теплообмена и их решение».

1. Установить сколько тел участвует в теплообмене.

2. Проанализировать процессы, происходящие с телами отдающими и принимающими тепло.

3. Составить текст задачи с учетом графика.

4. Составить уравнение теплового баланса и решить задачу.

УЧЕБНАЯ КАРТА 9.

«Решение текстовых задач на уравнение теплового баланса»

1. Прочитать текст задачи и установить сколько тел участвует в теплообмене и какие процессы происходят с этими телами.

2. Установить, можно ли систему тел, участвующих в теплообмене считать теплоизолированной?

3. Установить характерные точки температуры, отметить их на температурной оси и изобразить графики теплообмена.

4. Записать данные задачи.

5. Записать уравнение теплообмена в общем виде, расписать формулы количества теплоты для каждого процесса и подставить их в уравнение теплового баланса.

6. Решить уравнение теплового баланса относительно неизвестного параметра.

Записать ответ с учетом единиц измерения.

УЧЕБНАЯ КАРТА 10.

Состав действий.

«Определение удельной теплоты сгорания по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от массы сгоревшего топлива»

1. Сформулировать определение удельной теплоты сгорания вещества.

2. Записать формулу для определения удельной теплоты сгорания.

3. Выбрать из таблицы, графика, данных массу вещества и установить соответствующее количество теплоты.

4. Вычислить значение удельной теплоты сгорания с учетом единиц измерения.

5. Установить по таблице учебника для какого вещества определена удельная теплота сгорания.

Дидактический материал для формирования основных понятий темы «Тепловые явления».

Ниже приводятся дидактические материалы, позволяющие осуществить деятельностный подход к формированию сложных вопросов темы: «Тепловые явления». Каждая учебная карта имеет свой номер, который соответствует номеру дидактического листа (Л-1-10).

                                                                                                                           Л-1

Распознавание тепловых процессов по графикам, определение температуры плавления (кристаллизации), кипения (конденсация) вещества.

Л-2                                                                                                                                                        

Определение удельной теплоемкости вещества по таблицам и графикам зависимости.

Определить нагреваемое вещество.

Определить нагреваемое вещество.

                                                                                                                                   Л-3

Определение удельной теплоты плавления (кристаллизации) по таблицам и графикам зависимости Q(m).

Определение вещества по удельной теплоте плавления.

Определение вещества по удельной теплоте плавления.

                                                                                                                                Л-4

Определение удельной теплоты парообразования (конденсации) по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от массы вещества Q(m).

Определение вещества по удельной теплоте парообразования.

                                                                                                                                 Л-5

Определение удельной теплоты сгорания по таблицам и графикам зависимости количества выделившегося тепла от массы сгоревшего топлива Q(m).

Определение вещества по удаленной теплоте сгорания.

                                                                                                          Л-6

Воспроизведение формул для подсчета количества теплоты на графиках тепловых процессов.

                                                                                                                                   Л-7

Составление уравнения теплового баланса по графикам теплообмена.

Л-8

Составление текстов задач по графикам теплообмена и их решение.

Задача №1.

  t,0С                                                m1 = 0.1кг – твердое  тело

    t1                                                 m2 = 0.05кг – алюминиевый калориметр

                                                С2 = 920 Дж/кг0С,  С3 = 4200Дж/кг0С

    t                                                С1 = ?

    40

    t2

                                    Q,Дж        

                                                   Решение:

       В условии задачи рассматривается явление теплообмена в теплоизолированной системе. Для данной системы справедливо уравнение теплового баланса: Q1+Q2+Q3= 0        (1)

так как при данном теплообмене происходит нагревание или охлаждение тел, то для каждого участка запишем чему равно количество теплоты:

Q1 = c1m1(t - t1)       (2)

Q2 = c2m2(t - t2)       (3)

Q3 = c3m3(t - t3)          (4)

Поставим уравнения(2), (3), (4) в уравнение (1) и решим его относительно С1.

c3m3(t - t3) + c2m2(t - t2) + c3m3(t - t3) = 0

c3m3(t - t3) = - c2m2(t - t2) - c3m3(t - t3)

        - c2m2(t - t2) - c3m3(t - t3)

с1 = ------------------------------

              m1(t2 – t1)  

Задача №2.

  t,0С                                                m1 = 0.01кг – масса льда.

           50                                        m2 = 0.01кг – масса воды, образованной

     t2               3                                                             изо льда.

                                                m3 = 0.25кг – масса горячей воды.

     t                                                λ = ?

          45

                                  2

     t1

       0        1                    Q,Дж          

Л-9

Решение текстовых задач на уравнение теплового баланса.

Задача №1.

Какое количество теплоты потребуется для плавления 0,20 кг свинца, имеющего температуру 170С?

Дано:                                                        Решение:

m = 0.2 кг                        Всего потребовалось энергии:

t1 = 170С                                Q = Q1+Q2                 (1)                   

tпл2 = 3270С                        Энергия, необходимая для нагревания свинца до

λ = 0,25×105Дж/кг        температуры плавления (3270С).

с = 130Дж/ кг 0С                        Q1 = cm(tпл2 – t1)        (2)

                                Энергия, необходимая для плавления свинца при

Q = ?                                температуре плавления:

                                        Q2 = λm                (3)

                                Подставим (2), (3) в уравнение (1)

                                        Q = cm(tпл2 – t1) + λm

Q = 130 Дж/ кг 0С×0,2кг(327 – 17) 0С + 0,25×105Дж/кг×0,2кг = 13000Дж

Ответ: Q = 13000Дж или 13кДж.

Задача №2.

Куску льда, массой 4 кг при 00С сообщили энергию 1480кДж. Расплавится ли весь лед? Какая установится температура?

Дано:                                        Решение:

m = 4 кг                     Энергия, необходимая для плавления 4 кг льда при 00С:        

λ = 3,4×105Дж/кг                Qпл =  λm    

Q = 1480кДж =                Qпл = 3,4×105Дж/кг×4 кг = 13,6×105Дж = 1360кДж

    =1480×103 Дж              Весь лед расплавится, так как 1480кДж ˃ 1360кДж

                              Энергия, которая идет на нагревание воды при 00С,

mпл - ?; t - ?                      полученной от плавления льда:

                                Qнаг = Q - Qпл 

                                        Qнаг = 1480кДж - 1360кДж = 120кДж

Определяем на сколько градусов нагрелась вода:

Qнаг = cm(t2 – t1)

t2 – t1 =  Qнаг /cm

t2 – t1 =  120000Дж/4200Дж/ кг 0С×4 к ≈ 70С

Первоначальная температура воды 00С, а окончательная температура 70С.

Л-10

Определение удельной теплоты сгорания по таблицам и графикам зависимости количества теплоты от массы сгоревшего топлива.

Литература:

1. Перышкин А.В.Родина Н.А.Физика :Учеб.для 8 кл.. сред. школы.-13-е изд., стер. - М.: Дрофа 2010. - 192 с.
2. Усова А.В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения.-М.:Педагогика,1986.-176с.
3. Талызина Н.Ф.Теория поэтапного формирования умственных действий и проблема развития мышления//Сов. Педагогика. 1967-№1

Родовое понятие

Видовые понятия

Видовые понятия

Родовые понятия

Агрегатные состояния вещества

твердое

плазма

газообразное

жидкое

Изменения агрегатных состояний вещества

кипе-

ние

парообразование

конденсация

отвердевание

плавление

испа-

рение

?

газообразное

плазма

жидкое

твердое

Тепловые явления.

Основные положения молекулярно-кинетической теории.

Тепловое движение. Внутренняя энергия и способы ее измерения.

Способы теплопередачи: теплопроводность, конвекция, лучеиспускание.

Экспериментальное  исследование зависимости температуры

от времени нагревания ().

Количество теплоты, удельная теплоемкость. Формула количества теплоты при нагревании.

Плавление. Удельная теплота парообразования. Формула количества теплоты при парообразовании.

Кипение. Удельная теплота парообразования. Формула количества теплоты при парообразовании.

Уравнение теплового баланса.  Построение графика теплообмена.

Использование уравнения теплового баланса для определения удельной теплоемкости  вещества, удельная теплота плавления, удельная теплота парообразования и других параметров замкнутой термодинамической системы.

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива.

Работа газа и пара тепловых двигателей. КПД (тепловой установки, теплового двигателя). Закон сохранения и превращения энергии.

1 кг

лед

вода

0,5 кг

вода

эфир

керо-син

спирт

эфир