Кипение
материал по физике (8 класс) по теме

Тема урока: «Кипение. Удельная теплота парообразования и конденсации».

Тип урока: изучение нового материала.

Цели урока:

Образовательные:

 Сформировать понятие о процессе кипения, как парообразования; выявить основные особенности кипения: образование пузырьков, шум, предшествующий кипению, постоянство температуры кипения, зависимость температуры кипения от внешнего давления; ввести новую физическую величину – удельную теплоту парообразования (конденсации).

Развивающие:

Формировать представление о процессе научного познания, формировать интеллектуальные умения: анализировать, выделять главное, делать выводы,  логического мышления.   

Воспитательные:

Развивать интерес к предмету, формировать  научное мировоззрение, воспитывать у учащихся внимательное, доброжелательное отношения к ответам одноклассников, проявлять самостоятельность в учебной работе и стремление к сотрудничеству.

Основные знания и умения:

Знать физическую сущность процесса кипения, уметь решать задачи на расчет количества теплоты, необходимого для превращения жидкости в пар и при конденсации.

Демонстрации: кипение воды

Методы обучения: словесный, практический, наглядный.

Необходимое  оборудование: учебник физики для 8 класса (авт. Перышкин А.В.), тетрадь, компьютер, медиа проектор,  экран, ресурсы ЭОР, презентация,  электрический чайник, сделанный из жаропрочного стекла.

Ход урока.

1. Организационный момент.
2. Актуализация знаний.
3. Объяснение нового материала.
4. Закрепление изученного материала.
5. Итого урока. Домашнее задание.
6. Рефлексия.

Организационный момент. 

Актуализация знаний.

Чайник кипел на плите. Ватсон стоял около него, медля с выключением, и повторял: «Я люблю очень горячий чай».

-Дорогой друг, вы можете неограниченно  увеличивать время нагревания чайника, вода будет сильно бурлить, но температура воды от этого не повысится – сказал Шерл Холмс.

Сегодня как вы уже поняли, мы будем изучать кипение. Запишите тему урока «Кипение».

На демонстрационном столе стоит чайник. Учитель включает чайник без крышки в сеть. Пока вода будет нагреваться, учитель  задает вопросы учащимся.

1. Что называется парообразованием?
2. Какие два способа парообразования вы знаете?
3. Какое явление называется испарением?
4. Объясните механизм испарения с молекулярной точки зрения.
5. Есть ли у веществ фиксированная температура, при которой начинается испарение?
6. От чего зависит скорость испарения жидкости?
7. Что называют конденсацией пара?
8. При каких условиях происходит конденсация пара?

Объяснение нового материала.

Итак, у нас все готово. Вода в чайнике закипела. Что происходит в чайнике? Попробуем более детально  рассмотреть процесс кипения. Просмотр видеофрагмента "Парообразование при кипении" ( Единая Коллекция ЦОР №186334  http://school-collection.edu.ru/catalog/res/1f32ae7a-76cf-4f5e-bd95-e410dcd0a179/view/).

Кипение - это процесс парообразования, идущий по всему объему жидкости.

Рассмотрим механизм кипения.

Что вы наблюдаете?

 Почему появляются пузырьки?

Рисунок 1

Они начинают появляться задолго до кипения. При нагревании воды, растворенный в ней газ расширяется и пузырьки увеличиваются.  В эти пузырьки испаряется вода. Пузырек, наполненный паром, при достаточно высокой температуре начинает раздуваться.

Почему пузырьки  поднимаются вверх?

Рисунок 2

Достигнув определенных размеров, пузырек отрывается от дна, поднимается к поверхности воды и лопается. При этом пар покидает жидкость. Если вода прогрета недостаточно, то пузырек пара, поднимаясь в холодные слои, схлопывается. Слышен шум.

На  воздушный пузырек  на дне сосуда действует подъемная сила:

Fпод = Fархимеда - Fтяжести

Рисунок 3

Кипение происходит не при любой температуре как испарение, а при определенной.

Температура, при которой жидкость кипит – называется температурой кипения.

 (Работа с таблицей 5 учебника стр. 45).

Рассмотрим график процесса нагревания и кипения жидкости. Горизонтальный участок графика свидетельствует, что при кипении температура не изменяется.

Рисунок 4
Почему при кипении температура жидкости не изменяется?

Вся энергия расходуется на интенсивное парообразование. Если к жидкости не подводится энергия, то кипение прекращается. Испаряющаяся жидкость быстро остывает.

С ростом давления увеличивается температура кипения жидкости и наоборот. Давление воздуха уменьшается с увеличением высоты. Значит, температура кипения жидкости  с увеличением высоты уменьшается. На самой высокой горе Джомолунгме (Гималаи) на высоте 8848 м вода кипит при температуре 70о С.

В кастрюле – скороварке температура кипения – равна 120о С при давлении 200 кПа.

(http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/a847cb52-2472-48c6-bc55-a8715db63b9e/index.htm)

- Как вы думаете,  одинаковое ли количество теплоты требуется для кипения различных жидкостей равной массы, взятых при температуре кипения? 

-Потребуется разное количество теплоты.

-Правильно. Кипение - парообразование, сопровождающееся  быстрым ростом пузырьков. Очевидно, к жидкости  необходимо подводить определенное  количество теплоты.  Это количество теплоты идет на образование пара.

 Это количество теплоты характеризует физическая величина, называемая удельной теплотой парообразования. Эта величина обозначается буквой L, ее единица измерения в системе СИ Дж/кг.

 Удельная теплота парообразования – это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы жидкость массой 1кг обратить в пар при температуре кипения.

 Посмотрим в таблицу на странице 49 учебника. Например, удельная теплота парообразования воды 2,3*106 Дж/кг. Это значит, что для обращения в пар 1кг воды при температуре кипения нужно затратить 2,3*106 Дж энергии. Чему равна удельная теплота парообразования спирта?

- Удельная теплота парообразования спирта 0,9*106 Дж/кг

- Что означает это число?

- Это значит, что для обращения в пар 1 кг спирта при температуре кипения нужно затратить 0,9*106 Дж энергии.

- Следовательно, при температуре кипения внутренняя энергия вещества в парообразном состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в жидком   состоянии. Вот почему ожег паром при температуре 100oС опаснее, чем ожег кипятком (Слайд 12).

Теперь ответьте на вопрос: если снять крышку с кипящего чайника, что можно на ней увидеть?

- Мы увидим там капельки воды.

- Как вы объясните их появление?

- Пар, соприкасаясь с крышкой, конденсируется

( Рисунок 5).

-При конденсации пара энергия выделяется. Опыты показывают, что пар, конденсируясь, выделяется точно такое же количество теплоты, какое было затрачено на его образование. Освобождающаяся при конденсации пара энергия может быть использована. На тепловых электростанциях отработанным в турбинах паром нагревают воду, затем ее используют для отопления зданий и на предприятиях бытового обслуживания: банях, прачечных и т.п.

Чтобы вычислить количество теплоты, необходимое для превращения жидкости любой массы в пар при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования умножить на массу.

 Запишем формулу:

 Q = Lm.

Рисунок 5                                

Количество теплоты, которое выделяет пар любой массы, конденсируясь при температуре кипения, определяется этой же формулой.

4. Закрепление.

Итак, теперь вы знаете два способа парообразования: испарение и кипение. Кто скажет, чем отличаются эти процессы?

Ученик: Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение по всему объему жидкости.

Ученик: Испарение происходит при любой температуре, а кипение – при определенной температуре. У каждой жидкости своя температура кипения.

Ученик: При испарении температура жидкости уменьшается, а при кипении не изменяется.

Учитель: Как вы думаете, где кипящая вода горячее: на уровне моря, на вершине горы или в глубокой шахте?

Ученик: Я думаю, вода будет горячее в глубокой шахте, так как атмосферное давление на глубине будет выше, следовательно, вода будет кипеть при более высокой температуре.

Учитель: По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, затраченное на парообразование или выделяющееся при конденсации пара?

Ученик: Его можно рассчитать по формуле Q = Lm.

Учитель: Попробуем устно вычислить количество теплоты для следующих случаев:

Ученик: Для эфира Q = 2*106 Дж, для спирта – 9*106 Дж, для воды – 4,6*106 Дж.

Тест к уроку "Кипение. Удельная теплота парообразования"

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b5278-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/index_listing.html

5. Подведение итогов урока.

Учитель: Откройте дневники и запишите домашнее задание: § 18, 20 упр.10 № 1-4.

Найти ответ на вопрос «Можно ли заставить кипеть воду, не нагревая ее?

6. Рефлексия.

Учитель: Наш урок подходит к концу. Мне бы хотелось знать, с каким настроением вы уходите. У вас на партах есть три цветных стикера, которые отражают следующие настроения: зеленый – мне очень понравился урок, синий – мне было интересно, красный – мне было скучно. Уходя, прикрепите на доску стикер, отражающий ваше настроение.

Урок окончен. Спасибо за внимание!

7. Литература.

1. А.В. Перышкин. Физика. 8 класс. - Дрофа. – 2008.
2. Е.М. Гутник, Е,В. Рыбакова, Е.В. Шаронина. Методические материалы для учителя. Физика. 8 класс. - М.; Дрофа
3. Л.А. Горев. Занимательные опыты по физике. – М.; Просвещение
4. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов: Видеоролик “Кипение азота”: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/caaae1ae-746b-43b0-84f6-9fff5739e3f3/8_55.avi