Поурочные планы по физике 8 класс
план-конспект урока по физике (8 класс) по теме

Поурочные по физике 8 класс

Урок 1.                                                                                             Дата__________

Тепловые явления. Температура

Цели: дать понятие теплового движения молекулы; ввести понятие температуры; познакомить учащихся с основными характеристиками тепловых процессов, с тепловым движением как особым видом движения.

Ход урока

I.        Анализ итогов контрольной работы

В начале урока следует сделать короткий анализ итогов контрольной работы, обратив внимание учеников на решение наиболее интересных задач.

Если были ошибки в решении качественных задач, можно прокомментировать их решение.

II.        Повторение

• Как называются частицы, из которых состоят вещества?
• Какие наблюдения свидетельствуют, что размеры молекул малы?

• Какие явления показывают, что вещества состоят из частиц, разделенных промежутками?
• Как изменяется объем тела при уменьшении или увеличении расстояния между частицами?

• Что такое диффузия?

• Одинаково ли быстро протекает диффузия в газах, жидкостях и в твердых телах?
• Почему твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные молекулы?
• Какие явления указывают на то, что молекулы не только притягиваются друг к другу, но и отталкиваются?

• Что вы знаете о молекулах одного и того же вещества?
• Какие три состояния вещества вы знаете?

• Имеются ли различия между молекулами льда, воды, водяного пара?
• Как расположены и как движутся молекулы газа, жидкости и твердые тела?

III.        Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Определение тепловых явлений.
2. Измерение температуры. Термометр.
3. Тепловое движение.

1. В окружающем мире происходят различные физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел.

Словами «холодный», «теплый», «горячий» указывают на различную степень нагретости тела и говорят о различной температуре. Для объективности измерений температуры были созданы различного рода термометры.

Нетрудно убедиться, что при повышении температуры газа возрастает его давление на стенки сосуда.

Проводится демонстрация: химическая пробирка, закрытая пробкой с индикатором давления, стакан с теплой водой. Пробирка опускается в ста-, кан с теплой водой, давление на индикаторе повышается.

2. Опыт показывает, что в основном все твердые тела и жидкости расширяются при повышении температуры. Таким образом, явление теплового расширения тел тоже может быть использовано для измерения температуры.

В повседневной деятельности мы часто встречаемся с понятиями «холодно», «горячо». Однако ощущение тепла и холода является субъективным фактором. В субъективности теплового ощущения учащиеся могут убедиться на следующих опытах:

а)        на столе устанавливают три сосуда с водой: один с горячей водой,
второй - с холодной и третий - с теплой. Предлагают одному желающему
ученику поместить левую руку в сосуд с горячей водой, а правую - в сосуд
с холодной. Через некоторое время предлагают ученику обе руки опустить
в сосуд с теплой водой. Ученик сообщает, что теперь правая рука чувствует
тепло, а левая - холод, хотя обе руки находятся в одной и той же воде;

б)        учитель предлагает учащимся левой рукой дотронуться до деревян-
ного предмета (например, стол, стул), а правой - до металлического. Хотя
предметы находятся в классе при одной и той же температуре, левая рука
ощущает тепло, правая - холод.

Отсюда делается вывод: с помощью ощущений судить о температуре невозможно.

Первый прибор для объективной оценки температуры был изобретен Галилеем в 1592 г. Термоскоп Галилея был очень чувствителен к изменению температуры. Газовые термометры используются в науке в качестве образцового прибора, по которому градуируются все остальные термометры.

Самое широкое применение на практике приобрели жидкостные термометры, в которых для регистрации температуры используется тепловое расширение жидкости. Чаще всего для этих целей используют ртуть или подкрашенный спирт.

Демонстрируются два термометра, обращают внимание на устройство медицинского термометра, и на диапазон температур. Формулируются правила, обеспечивающие сохранность термометра и правильность измерений.

1. Определить, в каких диапазонах температур можно производить измерения с помощью данного термометра.
2. Определить цену деления шкалы и определить, с какой точностью можно измерить температуру с помощью данного термометра.

Совершенствованием термометров занимались много ученых. Каждый из них создавал свою шкалу. Некоторые из этих шкал широко распространялись, другие, наоборот, быстро забылись.

В настоящее время в большинстве стран для научных и практических целей используется Международная практическая температурная шкала.

За нуль принимается температура плавления льда при нормальном атмосферном давлении (101,325 Па). Температуре кипения дистиллированной воды при нормальном атмосферном давлении приписывается значение 100 градусов. Шкала делится на 100 равных частей - градусов, каждый градус можно вновь поделить на равные доли.

Во Франции (и до революции в России) применялась шкала Реомюра, предложенная французским естествоиспытателем Р. Реомюром в 1730 г. В Англии и США до сих пор используется шкала Фаренгейта. Кипение воды по шкале Реомюра равно 80 °R, по шкале Фаренгейта 212 Т. Такой произвольный выбор нуля  ф2

3. Учащимся уже известно, что диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Для доказательства этого факта можно продемонстрировать опыт: опустить два кристаллика медного купороса в стакан с холодной и горячей водой. Во втором стакане скорость диффузии будет выше. Это означает, что скорость движения молекул и температура связаны между собой. Наблюдение за явлением диффузии позволило установить: скорость движения частиц вещества зависит от температуры.

Теплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная, разница между ними лишь в скорости движения молекул. Каждая молекула движется по очень сложной траектории.

Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называют тепловым движением. В тепловом движении участвуют все молекулы тела.

 Вывод: температура - это физическая характеристика состояния вещества, определяемая средней кинетической энергией хаотичного движения частиц вещества. С ростом температуры растет их средняя кинетическая энергия.

Важнейшим понятием тепловых явлений является тепловое движение.

Беспорядочное движение частиц, из которых состоит тело, называется тепловым движением.

Учитель должен обратить внимание учеников на то, что тепловое движение отличается от механического тем, что в нем участвуют очень много частиц и каждая движется беспорядочно.

Тепловое движение никогда не прекращается. Оно может лишь менять интенсивность. Траектория одной молекулы - ломаная линия. Чем больше частиц в веществе, тем более замысловатую форму имеет траектория отдельной частицы. Элементарный фрагмент такой ломаной - длина свободного пробега от соударения до соударения одной частицы с другой.

IV. Закрепление изученного

-        Как меняется давление газа при изменении его температуры (при

постоянном объеме)?

-        Как меняются размеры твердых тел и жидкостей при изменении

их температуры?

• Что мы понимаем под температурой вещества?
• Сформулируйте правила измерения температуры воды, воздуха.
• Какие температурные шкалы вам известны?
• Какие точки приняты в качестве основных на шкале Цельсия?

Домашнее задание

1. § 1 учебника; вопросы и задания к параграфу.
2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 915, 916.
3. Экспериментальное задание (для желающих). В стакан с холодной водой осторожно долить горячей воды. Измерить температуру воды у дна стакана, в середине и у поверхности. Какой можно сделать вывод? Как правильно измерять температуру жидкости?

Урок 2.                                                                                                       Дата____________

Внутренняя энергия

Цели: ввести понятие внутренней энергии как суммы кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

При проверке домашнего задания лучше всего разобрать ответы на предложенные вопросы в конце параграфа.

При этом бывает, что по одному вопросу существует несколько мнений. Например, при ответе на вопрос «Мерой чего является температура тела?» вариантами ответа бывают:

«Температура тела определяет меру интенсивности движения молекул».

«Температура тела определяет скорость диффузии в жидкости».

«Температура тела определяет степень нагретости тел».

В сущности, каждый из ответов является справедливым, но не каждый из них физически корректен. Например, говоря о температуре как степени нагретости тел, нужно говорить о том, по какой шкале эта температура измеряется. Наиболее полным и точным, конечно же, является определение температуры через среднюю кинетическую энергию молекул.

Можно задать еще ряд качественных задач, например:

1. Одна молекула кислорода движется в воздухе в данный момент со скоростью 900 м/с, а другая - со скоростью 1200 м/с. Правильно ли будет сказать, что температура второй молекулы выше?

2. Известно, что чем больше скорость движения молекул тела, тем выше его температура. Почему же не нагревается пулька, выстрелянная в тире из пневматического ружья, хотя все ее молекулы движутся к мишени с большой скоростью?

II. Изучение нового материала

   План изложения нового материала:

1. Демонстрация опытов.
2. Определение внутренней энергии тела.
3. Закон сохранения полной энергии.

1.        Урок можно начать с демонстрации следующих экспериментов.
Эксперимент 1

Стальной брусок (молоток) падает на наковальню. Обращаем внимание, что в результате удара о плиту изменилось состояние тел.

Эксперимент 2

На наковальню кладем проволоку и ударяем молотком. Проволока нагрелась и деформировалась. Изменение температуры можно продемонстрировать.

Эксперимент 3

Термопару соединяют с баллистическим гальванометром, ударяют молотком. Отклонение «зайчика» свидетельствует о нагреве в месте удара.

2.        Если изменилось состояние тел, то изменилась и энергия частиц, из
которых состоят тела. Поскольку молекулы обладают массой и движутся,
то они обладают кинетической энергией. Средняя кинетическая энергия
молекул тем больше, чем больше масса молекулы и ее средняя скорость.

Чем больше средняя кинетическая энергия частиц, тем выше температура тела.

Так как молекулы взаимодействуют друг с другом, то они обладают и потенциальной энергией. Если частицы находятся на таком расстоянии друг от друга, что силы притяжения между ними равны силам отталкивания, то потенциальная энергия их минимальна. С увеличением или уменьшением расстояния между частицами потенциальная энергия их возрастает.

Суммарную энергию движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией.

В понятие внутренней энергии включают:

а)        Суммарную кинетическую энергию поступательного и вращательного движения молекул.

б)        Суммарную потенциальную энергию взаимодействия молекул, обусловленную силами взаимодействия.

в)        Энергию колебательного движения атомов.

г)        Энергию электронных оболочек атомов.

д)        Внутриядерную энергию.

е)        Энергию электромагнитного излучения, обеспечивающую тепловое равновесие  между отдельными участками тела.

На практике нужно знать не абсолютное значение величины энергии, а ее изменение. В тепловых процессах при переходе тела из одного состояния в другое изменение внутренней энергии связано лишь с изменением кинетической и потенциальной энергий частиц. Так как движение никогда не прекращается, то тела всегда обладают внутренней энергией. Следовательно, наряду с механической энергией тела обладают еще и внутренней энергией. Изменение внутренней энергии происходит только за счет энергии других тел.

Объясните опыты:

-        Почему при периодическом изгибании железной проволоки тела

нагреваются?

-        Почему два бруска при трении нагреваются?

Эти примеры иллюстрируют превращение механического движения в тепловое.

Внутренняя энергия обозначается буквой U.

Особенностью внутренней энергии является то, что она всегда больше нуля, ведь тепловое движение частиц никогда не прекращается. При этом величина внутренней энергии тела не зависит от механической энергии тела. Например, ядро массой 10 кг летит со скоростью 40 м/с. Температура ядра - 400 °С. Если подобное ядро летит с той же скоростью, имея температуру 100 °С, то их механические энергии на одной высоте одинаковы, а внутренняя энергия больше у первого ядра.

Необходимо обратить внимание учащихся на отличие внутренней энергии от механической энергии тел. Механическая энергия зависит от скорости движения и массы тела, а также от расположения данного тела относительно других тел. Внутренняя же энергия не зависит от скорости движения тела в целом. Она определяется скоростью движения частиц, из которых состоит тело, и их взаимным расположением.

3. Для описания энергетических превращений используют закон сохранения энергии. Он определяет соответствие между изменением механической и внутренней энергии.

Полная энергия, равная сумме механической и внутренней энергии, остается постоянной при всех взаимодействиях.

С другой стороны, этот закон подчеркивает тот факт, что какой-либо вид энергии сам по себе не появляется и не исчезает бесследно. Всегда один вид энергии переходит в другой в равных количествах. Закон сохранения полной энергии был открыт Робертом Манером.

III. Закрепление изученного

В заключение можно задать ученикам несколько вопросов о цепи превращения одних видов энергии в другие при взаимодействии тел.

• Какое движение называют тепловым?
• Что понимают под внутренней энергией?
• В чем различие между механической и внутренней энергией?
• Всегда ли выполняется закон сохранения механической энергии?
• Можно ли увеличить внутреннюю энергию тела, не изменяя,характера движения молекул?

• Какие преобразования энергии происходят при падении теннисного мяча на пол?
• Какие превращения энергии происходят при обработке напильником металлической заготовки?

Если класс хорошо подготовлен, можно задать учащимся и более сложные вопросы:

• Верно ли утверждение: при теплообмене энергия всегда передается от тел с большей внутренней энергией к телам с меньшей внутренней энергией?
• По озеру на большой скорости плывет катер. Изменяется ли при этом внутренняя энергия катера, воды в озере? Как? Почему? Объясните.

Домашнее задание

1. § 2 учебника; вопросы и задания к параграфу.
2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 920,921.

Дополнительный материал

Передача энергии в грозу

Когда часть поступающей от Солнца энергии поглощается Землей, то наблюдается увеличение внутренней энергии Земли и соответствующее повышение температуры. Часть этой энергии передается воздуху, соприкасающемуся с Землей. Кинетическая энергия молекул воздуха увеличивается, и в результате число молекул на единицу объема уменьшается, то есть уменьшается плотность воздуха. В итоге воздух поднимается, часть водяного пара в нем конденсируется, и формируются поднимающиеся капли воды. С подъемом молекул соответственно возрастает их потенциальная энергия.

По мере того, как водяные капли движутся через электрическое поле Земли, они заряжаются. Происходит разделение зарядов, и верх облака приобретает заряд, отличный от заряда его нижней части. Между различными частями облака устанавливаются сильные электрические поля, так же как и между низом облака и Землей. Таким образом, происходит накопление и электрической потенциальной энергии.

Рано или поздно энергия высвобождается прохождением электрического разряда, который производит вспышку молнии. Если вспышка молнии происходят между основанием облака и Землей, то она может повредить дома и расколоть деревья. Вспышки молнии сопровождаются раскатами грома вследствие перехода части энергии в звуковую. Потенциальная энергия водяных капель высвобождается в виде кинетической энергии, когда капли выпадают в виде дождя и града. В зависимости от обстоятельств может быть высвобождена значительная кинетическая энергия, которая причинит много вреда. Любой фермер может это засвидетельствовать при осмотре всходов после сильной грозы.

Пока лишь краткое упоминание касалось ветров, сопровождающих бурю. Иногда циркуляция становится очень сильной, и возникают вихри, наносящие большой ущерб. Эти явления более явно проявляются в тропических районах, чем в средней полосе.

Гроза является примером естественного явления, в котором энергия Солнца превращается в другие виды энергии. Оно может рассматриваться как природный генератор: тепловая энергия Солнца превращается в механическую энергию в виде ветра, дождя и так далее. К сожалению, выходом энергии Солнца нельзя управлять. Одним из результатов изучения физики является то, что вы будете глубже понимать, как преобразуется энергия из одного вида в другой, а это даст вам возможность использовать доступные виды энергии и эффективно управлять ею.

Урок 3.                                                                                                       Дата___________

Способы изменения внутренней энергии

Цель: рассмотреть способы изменения внутренней энергии.        

Демонстрации: опыт по нагреванию жидкости в латунной трубке; опыт по выдавливанию пробки из сосуда при помощи воздушного насоса.

Ход урока

I.        Повторение. Проверка домашнего задания

Тема предыдущего урока органично связана с новой темой, и поэтому повторение материала не только позволит определить уровень усвоения материала, но и станет органичным переходом к новой теме.

Дополнительно к вопросам по изученному параграфу можно задать и такие, которые заставят учащихся глубже задуматься над содержанием основных понятий и явлений, например:

-        Может ли тело, обладая внутренней энергией, не иметь механическую энергию?   Приведите примеры.

-        Может ли тело иметь механическую энергию, но не иметь внутренней?

-        Всегда ли выполняется закон сохранения механической энергии?

Полной энергии?

II.        Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Демонстрация опытов.
2. Механическая работа как причина изменения внутренней энергии.
3. Изменение внутренней энергии путем теплообмена.

1. Освещение нового материала логично начать с показа опыта по нагреванию эфира в латунной трубке при помощи суровой нити или прочной тканевой ленты. При этом не следует допускать вылета пробки из отверстия. Касаясь стенок трубки, легко заметить, что температура эфира увеличилась. Следовательно, при нагревании тела внутренняя энергия молекул увеличивается.
2. Данный опыт показывает, что внутреннюю энергию можно увеличить за счет совершения механической работы над телом.

Именно такой способ добычи огня использовали наши предки. За счет трения при быстром вращении сухой кусок дерева нагревался более чем на 250 °С, и загорался.

Говоря о возможности увеличения внутренней энергии за счет совершения работы, следует особо отметить, что существует и обратный процесс. Если тело само совершает работу, то при этом его внутренняя энергия уменьшается.

Подкрепляя данный тезис, можно показать опыт, описанный и проиллюстрированный в учебнике на с. 9. Появление тумана в сосуде в момент вылета пробки указывает на уменьшение температуры воздуха. Следовательно, воздух совершил работу по выталкиванию пробки за счет своей внутренней энергии.

3. Есть еще один способ изменения внутренней энергии.

Нагревание чашки, в которую налили горячую воду, камня, брошенного в огонь - все это увеличивает внутреннюю энергию тел. Работа при этом не совершается.

Изменение внутренней энергии тел без совершения над телами работы, называется теплопередачей.

Физика этого процесса проста. При взаимодействии молекул горячей воды с молекулами стенок холодной чашки молекулы воды при ударах передают часть своей кинетической энергии. При этом скорость молекул чашки увеличивается, а скорость молекул воды падает.

Как только температуры чашки и воды станут равными, теплообмен прекращается.

Следует обратить внимание на тот факт, что при теплопередаче (теплообмене) энергия всегда передается от горячего тела к холодному, то есть от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Обратный процесс сам собой никогда не происходит.

Чтобы количественно оценивать изменение внутренней энергии, вводят понятие количества теплоты (Q).

Та энергия, которую тело отдает или получает в результате теплообмена, называется количеством теплоты.

Очевидно, что Q измеряется, как и энергия, в джоулях:

[Q] = Дж.

III. Итог урока

Подводя итог уроку, необходимо сделать вывод о том, что существует два способа изменения внутренней энергии:

а)        за счет совершения механической работы;

б)        за счет теплообмена.

Эти способы равноправны. Мы никогда не можем угадать, за счет чего увеличилась температура тела. Это может быть и результат теплообмена, и результат совершения работы над телом.

Таким образом, изменение внутренней энергии тела всегда происходит за счет энергии других тел: либо при теплопередаче (за счет изменения внутренней энергии), либо при совершении работы (за счет механической энергии).

Домашнее задание

1. § 3 учебника; вопросы и задания к параграфу.
2. Задание 1, с. 10
3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 929,934.

Урок 4.                                                                                                           Дата__________

Виды теплопередачи

Цели: ознакомить учащихся с. видами теплообмена; научить их объяснять тепловые явления на основании молекулярно-кинетической теории.

Демонстрации: перемещение тепла по спицам из различных металлов; вращение вертушки над горящей лампой; нагревание раствора медного ^купороса в колбе; взаимодействие источника излучения с теплоприемником!

Ход урока

I.        Повторение. Проверка домашнего задания

Перед началом урока можно провести проверку выполнения домашнего задания. При этом один из учеников может ответить на вопросы в конце параграфа, а другой описать итог экспериментальной работы. При этом все неточности должны фиксироваться, причем не столько учителем, сколько учениками, которые принимают активное участие в работе.

II.        Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Теплопроводность.
2. Явление конвекции в жидкостях и газах.
3. Излучение.

Учащиеся уже знают, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена. Изменение внутренней энергии посредством теплообмена может производиться по-разному. Различают три вида

Способы изменения внутренней энергии

теплообмена:

Совершение работы

Лучистый  теплообмен

1. Теплообмен посредством теплопроводности.

Теплопроводность - такой тип теплообмена, когда тепло перемещается от более нагретых участков тела к менее нагретым вследствие теплового движения молекул.

Очевидно, что этот перенос энергии требует определенного времени.

Подготовив установку, чуть-чуть модифицированную по сравнению с той, что представлена на с. 1J учебника, ставим опыт, который показывает, что по разным материалам тепло перемещается с разной скоростью (рис. 1).

Для опыта необходимо взять два стержня одинаковой геометрии из меди и железа. На равных расстояниях по длине стержней укрепить кнопки на воске и свободные концы стержней начать нагревать от спиртовки.

Легко заметить, что первыми кнопки начнут падать с медного стержня. То есть тепло        Рис. 2
быстрее перемещается по медному стержню.

Можно провести и еще один опыт: на деревянный цилиндр накалывается ряд кнопок, и цилиндр обертывается одним слоем бумаги (рис. 2). При кратковременном помещении цилиндра в пламя горелки происходит неравномерное обугливание бумаги.

Учитель задает вопрос:

- Почему бумага, прилегающая к кнопкам, обуглилась меньше?

Сразу можно акцентировать внимание учащихся на физическом содержании процесса. У пламени горелки молекулы, получив избыток энергии, начинают совершать колебания с большей амплитудой, передавая часть энергии при соударениях с соседними слоями.

Особенность теплопроводности в том, что само вещество не перемещается. Ясно, что чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла.

Все кристаллы имеют очень хорошую теплопроводность. И наоборот, те вещества, в которых расстояния между молекулами большие - плохие проводники тепла. Это - различные породы древесины, строительный кирпич, в котором есть поры, заполненные воздухом, различные газы. Плохая теплопроводность у шерсти и меха, так как между ворсинками также много воздуха. Именно наличие меха позволяет отдельным животным переносить зимнюю стужу.

2. Под конвекцией понимают перенос энергии струями жидкости или газа.

Включив лампу накаливания с отражателем и подставив над лампой бумажную вертушку, мы замечаем, что она начинает вращаться (этот опыт, проиллюстрирован в учебнике на с. 14). Объяснение этому факту может быть одно: холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх. При этом вертушка вращается.

Плотность горячего воздуха или жидкости меньше, чем холодного, поэтому нагрев производят снизу. При этом конвекционные потоки теплой жидкости поднимаются вверх, а на их место опускается холодная жидкость.

На опыте по нагреванию пробирки с водой, на дно которой опущены кристаллики медного купороса, мы замечаем голубые «змейки», которые поднимаются вверх.

Замечено, что жидкость можно нагреть и при нагревании ее сверху, но это - длительный процесс. В данном случае нагрев происходит не за счет конвекции, а за счет теплопроводности.

Система отопления помещений основана именно на перемещении конвекционных потоков теплого и холодного воздуха: постоянное перемешивание воздуха приводит к выравниванию температуры по всему объему помещения.

Очевидно, что главным отличием конвекции от теплопроводности является то, что при конвекции происходит перенос вещества, имеющего большую внутреннюю энергию, а при теплопроводности вещество не переносится.

Холодные и теплые морские и океанские течения - примеры конвекции.

3. Под лучистым теплообменом, или просто излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн. Любое нагретое тело является источником излучения.

Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия доходит до Земли.

Если поставить опыт, описанный и проиллюстрированный в учебнике на с. 89, мы можем убедиться в том, что от излучателя лучистая энергия попадает на теплоприемник, и нагретый в колене манометра воздух увеличивает свое давление. Если темную мембрану теплоприемника заменить на зеркальную, то степень поглощения лучистой энергии станет заметно меньше, что видно по малому перепаду уровней жидкости в коленах манометра.

Темные тела не только лучше поглощают энергию, но и лучше ее отдают в окружающую среду. Два одинаковых тела, нагретые до одной температуры, остывают по-разному, если у них разный цвет поверхности. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию используют при строительстве самолетов; крыши высотных зданий в жарких странах также красят в светлые тона.

III. Закрепление изученного материала

С целью закрепления изученного материла можно провести в конце урока краткий опрос-беседу по следующим вопросам:

-        Приведите примеры, какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?

-        Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.

• Почему конвекция невозможна в твердых телах?
• Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверхностью больше нагреваются излучением, чем со светлой.

Домашнее задание

1. § 4-6 учебник

2. Желающие ученики могут подготовить к следующему уроку доклады о применении теплопередачи в природе и технике. Примерными темами докладов могут быть: «Значение видов теплопередачи в авиации и при полетах в космос», «Виды теплопередачи в быту», «Теплопередача в атмосфере», «Учет и использование видов теплопередачи в сельском хозяйстве» и др. -мо 3. Упражнения 1-3.

миг 4. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 956, 960, 970,979. Дополнительный материал Конвекция

С явлением конвекции связаны процессы горообразования. В первом приближении земной шар можно рассматривать как систему, состоящую из трех концентрических слоев. Внутри находится массивное ядро, состоящее в основном из металлов в виде очень плотной жидкой массы. Ядро окружают полужидкая мантия и литосфера. Самый верхний слой литосферы - земная кора.

Литосфера состоит из отдельных плит, которые плавают на поверхности мантии. Вследствие неравномерного разогрева отдельных участков мантии, а также разной плотности горных пород в различных участках мантии в ней возникают конвективные потоки. Они вызывают перемещения литосферных плит, несущих континенты и ложа океанов.

Там, где плиты расходятся, возникают океанские впадины. В других местах, где плиты сталкиваются, образуются горные массивы. Скорость перемещения конвективных потоков в мантин очень мала. Соответственно и плит 2-3 см в год. Однако за геологические эпохи плиты могут перемещаться на сотни и тысячи километров.

Чем же вызвана столь большая теплопроводность металлов, которая в сотни и тысячи раз больше, чем у изоляторов? Дело, очевидно, в структуре металлов, в особенностях металлической связи.

В самом деле, если бы теплопроводность металлов определялась только колебаниями частиц в узлах кристаллической решетки, то она бы не отличалась от теплопроводности изоляторов. Но в металлах есть еще множество свободных электронов -электронный газ, который и обеспечивает их высокую теплопроводность.

В участке металла с высокой температурой часть электронов приобретает большую кинетическую энергию. Так как масса электронов очень мала, то они легко проскакивают десятки промежутков между нонами. Говорят, что у электронов большая длина свободного пробега. Сталкиваясь с нонами, находящимися в более холодных слоях металла, электроны передают им избыток своей энергии, что приводит к повышению температуры этих слоев.

Чем больше длина свободного пробега электронов, тем больше теплопроводность. Именно поэтому у чистых металлов, где в кристаллической решетке дефектов относительно мало, теплопроводность велика. У сплавов, где дефектов решетки гораздо больше, длина свободного пробега меньше, соответственно меньше и теплопроводность.

Урок 5.                                                                                                Дата_________

Примеры теплообмена в природе и технике

Цели: углубить знания учащихся о видах теплообмена и их роли в природе и технике; рассмотреть примеры использования видов теплообмена в различных областях человеческой деятельности.

Демонстрации: работа термоса; работа вертушки над поверхностью горячей воды; рисунки, слайды, таблицы по примерам теплопередачи в природе и технике.

Ход урока

I. Повторение изученного. Проверка домашнего задания

Проверку усвоения пройденного материла можно провести как в виде тестирования (см. раздел «Проверочные тесты» в конце данного пособия), так и в виде самостоятельной работы.

Самостоятельную работу можно провести дифференцированно - подготовить карточки с заданиями четырех уровней сложности, например:

Уровень 1        

1. Почему ручки кранов у баков с горячей водой делают деревянными?

142047652. Какие из перечисленных ниже веществ обладают хорошей теплопроводностью: медь, воздух, алюминий, вода, стекло, водяной пар?

Уровень 2

1. Что стынет быстрее: стакан компота или стакан киселя? Почему?
2. Обыкновенный или пористый кирпич обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему?

Уровень 3

1. Будет ли гореть свеча на борту космического орбитального комплекса?

142047740. Зачем на нефтебазах баки для хранения топлива красят «серебряной» краской?

3.        Почему термосы изготавливают круглого, а не квадратного сечения?
Уровень 4

1. Какие тела - твердые, жидкие или газообразные - обладают лучшей теплопроводностью?
2. Когда парусным судам удобнее входить в гавань - днем или ночью?
3. Почему самая высокая температура воздуха не в полдень, а после полудня?
4. Почему тонкая полиэтиленовая пленка предохраняет растения от ночного холода?

Повторение можно провести и по вопросам учебника к изученному параграфу, добавив к ним несколько более интересных:

• При какой температуре и металл, и дерево будут казаться одинаково нагретыми?
• Почему форточки для проветривания комнаты помещают в верхней части окна?
• Почему снег в городе тает быстрее, чем в поле?
• Почему в низинах растения чаще гибнут от заморозков, чем на возвышенностях?
• Почему зимой в доме, где рамы двойные, теплее, чем в доме с однократным застеклением?

• Почему эскимосы зимой смазывают лицо жиром?
• В каком из двух сосудов закипит быстрее вода? Один сосуд светлый, а другой закопченный.
• Согласны ли вы с утверждением, что шуба «греет»?

II.        Изучение нового материала

Материал урока связан с определением места изученных ранее явлений в нашей жизни, поэтому объяснение можно построить на привлечении различного дополнительного материала, который повысит познавательную деятельность учеников.

Говоря о конвекционных эффектах, можно привести в качестве примера ветры, которые постоянно дуют в земной атмосфере. Именно перенос ветрами огромной энергии, либо наоборот, приводит к заметному изменению погоды в данном регионе. Побережье любого теплого моря зимой всегда имеет более высокую среднюю температуру, чем материковые области, которые могут находиться южнее. Пример. Побережье Мурманской области и центральная Сибирь. Существование теплых и холодных морских течений - тоже примеры конвекционных явлений.

Часто можно в зоне промышленных предприятий увидеть высокие трубы из кирпича. Они служат для создания хорошей тяги. Теплый газ или дым легче холодного воздуха, и поэтому он поднимается вверх. Чем больше перепад давления внизу и вверху трубы, тем лучше тяга. Поэтому трубы и делают высокими. Ясно, что из двух труб одинаковой высоты лучшая тяга будет у кирпичной, нежели у металлической. Горячий воздух в металлической трубе остывает при подъеме быстрее, отчего тяга уменьшается.

Особое место занимает возможность отопления многоквартирных домов. Принцип отопления связан с циркуляцией горячей воды по трубам. Источником горячей воды являются котельные и ТЭЦ. Вода, циркулируя по трубам, отдает часть тепла, охлаждается, затем снова идет на нагрев в ТЭЦ. Любые изменения давления в системе регулируют при помощи расширительных баков.

В быту часто используют термосы. Они служат для сохранения горячей жидкости длительное время. Впрочем, в термосах также можно долго хранить и холодную жидкость. Основным элементом любого термоса является рабочий сосуд с двойными стенками, между которыми глубокое разрежение. Это - сосуд Дьюара. Английский ученый Джеймс Дьюар в конце XIX века изобрел такой сосуд. Чтобы исключить влияние излучения изнутри и снаружи, стенки сосуда делают зеркальными.

Можно в качестве примера провести опыт: налить в открытый сосуд и термос равные порции воды, нагретой до 70 °С. Затем, через 10-20 минут, измерить температуру в обоих сосудах. Ясно, что в термосе температура изменится очень слабо, а в открытом сосуде - заметно.

По ходу объяснения материала заранее подготовленные учащиеся делают сообщения по теме, остальные - дополняют, исправляют ответы.

III.        Закрепление

Если в конце урока остается время, можно с целью закрепления изученного материала коллективно обсудить ряд качественных задач, например:

~ Какой из видов теплопередачи играет основную роль в нагревании воды в чайнике?

• Человек греется у костра. Какой из трех видов теплопередачи играет главную роль в передаче тепла от костра к человеку?
• Почему не падают облака?
• Стакан наполовину заполнен кипятком. В каком из двух случаев получится менее горячая вода: а) если подождать 5 мин, а затем долить в стакан холодную воду; б) если сразу долить холодную воду, а затем подождать 5 мин?
• Когда тяга в трубах лучше - зимой или летом? Почему?
• На севере меховые шапки носят, защищаясь от холода, а на юге -от жары. Объясните целесообразность этого.
• Почему от закрытого окна, даже если оно плотно закрыто, дует (особенно зимой)?

Домашнее задание

1. § 4-6 учебника; вопросы и задания к параграфу.
2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 965,976,981.

Урок 6.                                                                                                         Дата_________

Расчет изменения внутренней энергии

Цели: определить аналитическое соотношение в определении изменения внутренней энергии.

Ход урока

I.        Проверка домашнего задания

Проверку домашнего задания можно провести в виде фронтального опроса по вопросам к §§ 4-6. Также необходимо разобрать решения домашних задач.

Ученики, которые подготовили доклады к предыдущему уроку, но не успели рассказать, делают свои сообщения.

II.        Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Расчет изменения внутренней энергии.
2. Первый закон термодинамики.

1. Основным содержанием нового материала является определение способа расчета изменения внутренней энергии тел. Именно изменение внутренней энергии лучше характеризует поведение системы, чем конкретное значение этой энергии.

Обозначим изменение внутренней энергии через ΔU («дельта U»).

Под изменением внутренней энергии будем понимать разность между конечным и начальным значением энергии:

ΔU=U2-U1.

Очевидно, что если ΔU > 0, то внутренняя энергия увеличивается, если ΔU < 0, то энергия уменьшается.

В общем случае изменение ΔU может происходить либо в результате теплообмена, либо в результате совершения над системой работы.

Если внешние силы совершили работу А над системой, то:

ΔU=A.

Если при теплообмене система получила количество теплоты Q, то:

ΔU=Q.

Часто сама система совершает работу. Тогда:

Ас = -А.

Если система отдает при теплообмене количество теплоты Qc, то внутренняя энергия системы уменьшается, то есть:

-ΔU= Qc.

2. Для общего случая можно записать:

ΔU=A+Q.

Изменение внутренней энергии системы равно работе внешних сил над системой и количеству теплоты, полученному системой.

Данное выражение называют первым законом термодинамики.

III. Закрепление изученного материала

С целью закрепления изученного материала можно коллективно обсудить несколько качественных вопросов и задач по теме, например:

• Почему при работе пила нагревается?
• Приведите примеры превращения механической энергии во внутреннюю и наоборот.
• Частыми ударами молотка можно разогреть кусок металла. На что расходуется эта механическая энергия?
• Опишите превращения энергии, которые будут происходить при падении на пол пластилинового шарика.
• Троллейбус затормозил и остановился. В какой вид энергии превратилась кинетическая энергия троллейбуса?
• Стеклянный и оловянный шары падают с одинаковой высоты. Какой шар в результате падения нагреется сильнее?

Домашнее задание

1. § 7 учебника; вопросы и задания к параграфу.
2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1007,1008,1010.

Урок 7.                                                                                                    Дата__________

Удельная теплоемкость

Цели: ввести и выяснить физический смысл удельной теплоемкости.

Демонстрации: нагревание жидкостей на двух горелках.

Ход урока

I.        Повторение. Проверка домашнего задания

При проверке домашнего задания будет достаточным, если два ученика ответят на вопросы в конце § 7. При этом в работе должен участвовать весь класс, так как ответы могут быть неполными или не совсем точными.

Например, отвечая на вопрос, в каком случае изменение внутренней, энергии положительно, а в каком отрицательно, нужно проанализировать выражение:

ΔU=A+Q.

В зависимости от того, как соотносятся величины отданных или полученных Q и А, изменение внутренней энергии может быть как ΔU> 0, так и ΔU<0.

Во всех случаях, когда система получает количество теплоты, и над ней совершают работу, ΔU > 0. Если система отдает тепло и сама совершает работу, то ΔU < 0.

Может быть, что система получает тепло, одновременно совершая работу, или наоборот. В этом случае изменение ΔU определяется соотношением между Q и Ас, а также Qc и А.

II.        Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Понятие удельной теплоемкости.
2. Удельная теплоемкость различных веществ.
3. Теплоемкость тела.

1. Прежде чем перейти к рассмотрению нового материала желательно продемонстрировать опыт по нагреванию воды и масла на одинаковых по мощности спиртовках. При этом исходные массы воды и масла, а также их температуры, должны быть равны.

Опыт достаточно наглядный, и даже за 3-5 минут нагревания все замечают, что температура масла повысилась больше, чем у воды. Следовательно, строение вещества или род вещества определяет отношение вещества к поглощению энергии извне.

Таким образом, для нагревания одинаковых масс различных веществ требуется разное количество теплоты. Естественно, что нагревание производится в одинаковом диапазоне изменения температуры Δt, где

Δt = t-t0.

Это свойство веществ определяется удельной теплоемкостью вещества (с).

Под удельной теплоемкостью понимают физическую величину С, которая численно равна количеству теплоты, которое необходимо для нагревания вещества массы 1 кг на.1 °С.

Таким образом, размерность удельной теплоемкости:

[c] = Дж/  кг°С

2. Значение удельной теплоемкости вещества - табличная величина.

Например, для воды с = 4200 Дж/ кг°С .Это значит, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С нужно передать воде 4200 Дж тепла.

Большинство значений удельной теплоемкости вещества определено экспериментально.

Значение удельной теплоемкости зависит не только от рода вещества, но и от его агрегатного состояния. Если вода при нормальных условиях имеет теплоемкость с = 4200 Дж/ кг°С, то лед уже имеет сл = 2100Дж/ кг°С, водяной пар - другое значение.

Таким образом, удельная теплоемкость зависит от характера движения и расположения молекул в веществе. Можно обратить внимание учащихся на то, что для воды значение удельной теплоемкости очень велико. То есть для нагревания воды требуется очень много тепла. При понижении температуры окружающей среды вода остывает медленно, отдавая в окружающую среду также много тепла. В результате, наличие больших водоемов (озера, моря) влияет на климат в данном районе.

3. Иногда используют еще одну характеристику, которая называется теплоемкостью тела (С).

Под теплоемкостью тела понимают то количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела на Дж/кг °С '

Скажем, теплоемкость медного сосуда равна с = 800 Дж/°С. Это значит, что для нагревания сосуда на 1 °С нужно затратить 800 Дж тепла. По таблице можно найти, что удельная теплоемкость меди равна 400 Дж/к°С. Следовательно, масса медного сосуда равна 2 кг.

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала можно обсудить с классом ряд вопросов и задач по изученной теме, например:

• Удельная теплоемкость свинца равна 130 Дж/(кг°С). Что это означает?
• Почему близость водоемов влияет на температуру воздуха?
• Что нужно знать, чтобы вычислить количество теплоты, отданное телом при остывании?
• Какое количество теплоты необходимо для нагревания на 1 °С одного килограмма алюминия? Воды? Ртути?
• Что эффективнее использовать в качестве грелки - 2 кг воды или 2 кг песка при той же температуре?

Домашнее задание

1. § 8 учебника; вопросы и задания к параграфу.
2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 933, 1003, 1004, 1030.

Дополнительный материал

Теплоемкость - это величина, характеризующая одно из тепловых свойств тема Она показывает, какое количество теплоты нужно подвести к телу или отвести от, него, чтобы изменить его температуру (соответственно, повысить или понизить ее) на один градус. Отнесенную к единице массы, ее называют удельной теплоемкостью. Все это хорошо вам знакомо. Но причем тут слово «емкость»? Ведь им обычно пользуются, когда говорят об объеме какого-нибудь сосуда, точнее - о его вместимости.

Термин «теплоемкость» появился в физике более 200 лет назад, во второй половине XVIII в., и он остался в физике как память о тех кажущихся теперь странными представлениях о тепле, холоде, температуре, которые существовали тогда в науке.

Начиная с XVII века, в физике шла борьба двух представлений о природе теплоты. Борьба эта закончилась сравнительно недавно - в середине прошлого столетия; в результате одна из теорий теплоты была отброшена полностью, а вторая восторжествовала лишь частично.

Первая теория (точнее было бы сказать - гипотеза) состояла в том, что теплота -это особое вещество, способное проникать в любое тело. Чем больше этого вещества в теле, тем выше его температура. Опытным фактором, на котором основывалось это представление, служило то, что при контакте двух по-разному нагретых тел более теплое из них охлаждается, а более холодное нагревается. Дело, в самом деле, выглядит так, как будто бы нечто переливается из более теплого тела в более холодное. Это нечто, своего рода тепловое вещество, называли по-разному, но чаще всего - теплородом. Считалось, что всякое тело представляет собой смесь вещества самого тела с теплородом, а температура, измеряемая термометром, характеризует концентрацию теплорода в теле. Слово «температура» по-латыни как раз и означает смесь. Бронза, например, называлась температурой (смесью) меди и олова.

Вторая теория (гипотеза), впервые предложенная в начале XVII века английским ученым Бэконом, утверждала, что теплота - это движение малых частиц внутри тела (молекул, атомов, или, как тогда говорили, нечувствительных частиц). Эта гипотеза тоже основывалась на опытных наблюдениях, показывающих, например, что движением можно вызвать нагревание. V этой теории было много сторонников, и даже очень знаменитых - Декарт, Бойль, Гук, Ломоносов.

Обе теории при всем нх различии имели и кое-что общее. И та, и другая сходились на том, что теплота - это нечто, содержащееся в теле. По первой гипотезе, в теле содержится теплород, по второй - частицы с их «живой силой» (так тогда называли кинетическую энергию). Сходились они и в том, что теплота не пропадает и не появляется: если при контакте двух тел одно из них теряет теплоту, то другое получает ее, так что потерянное одним тепло приобретается другим. Тем не менее, подавляющее большинство исследователей вплоть до XIX века придерживались первой, так сказать, вещественной теории теплоты, н XVIII век был, безусловно, веком торжества именно этого представления о теплоте.

Чем же закончился спор о природе теплоты? Какая из двух гипотез победила? Работы, связанные с теплоемкостью, да и другие тепловые исследования XVIII века спора решить не могли. Понадобились эксперименты, которые показали, что температура тепла может повышаться и без подвода теплоты - за счет механической работы. Понадобилось получить и более подробные сведения об атомах и молекулах, («нечувствительных частицах»), которых «подозревали» в причастности к теплоте!

Все это было сделано в XIX веке. В результате выяснилось, что теория теплорода не имеет никакого отношения к действительности и что теплота действительно связана с движением частиц внутри тел, но не так, как это себе представляли раньше. То, что «содержится» внутри тел, - это не теплота, а внутренняя энергия (то есть кинетическая энергия поступательного беспорядочного движения частиц -которая и определяет температуру тела, кинетическая энергия вращательного и колебательного движения частиц, а также потенциальная энергия их взаимодействия). Теплота же - это энергия беспорядочного движения частиц тела, передаваемая (например, при контакте) другому телу, или тела. Уравнение  в частности, не выражает, как думали прежде, закон сохранения количества теплоты (такого закона нет!). Это просто частный случай закона сохранения энергии для тепловых процессов (то есть первого закона термодинамики) Q = ΔU + А. Оно справедливо, когда сама система или внешние силы над системой не совершают механической работы (А = Q\ а изменение внутренней энергии системы (ΔU) непосредственно связано с процессом теплопередачи (с количеством теплоты Q).

Урок 8.                                                                Дата_________

Расчет количества теплоты, необходимого для   нагревания тела и выделяемого им при охлаждении

            Цель: определение способа расчета количества теплоты при теплообмене тел.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

При проверке домашнего задания можно, подготовив ряд вопросов, выслушать ответы учащихся по желанию. Наиболее полные ответы можно отметить. Примерными вопросами в контроле знаний могут быть:

• Что такое удельная теплоемкость? Теплоемкость тела?
• Удельная теплоемкость вещества равна 920 Дж/кг*°С. Что это значит?
• Может ли теплоемкость тела быть больше удельной теплоемкости? Меньше удельной теплоемкости? Приведите примеры.
• Почему водоемы замерзают медленно? Почему с рек и особенно озер долго не сходит лед, хотя давно стоит теплая погода?
• Какой из двух одинаковых по массе кусков быстрее нагреется на 2 "С: железный или медный?
• Почему на Черноморском побережье Кавказа даже зимой достаточно тепло?
• Почему многие металлы остывают значительно быстрее воды?

П. Изучение нового материала

Новый материал связан, прежде всего, с выводом рабочих формул, которые используются при решении задач, поэтому важно, чтобы учащиеся очень хорошо усвоили содержание и смысл полученных соотношений.

1.        Ранее мы показали, что для нагревания 1 кг вещества на 1 °С требует-
ся количество теплоты, численно равное значению удельной теплоемкости.

Для нагревания 1 кг алюминия на 1 С, например, необходимо Q = 920 Дж. Следовательно, Q зависит от с: чем больше с, тем больше Q. Итак,

Q~c.

2.Совершенно очевидно, что если тело нагреть наΔ t = 1 °С и на Дж= С,''
то потребуется разное количество теплоты. Причем отношение Qi I Q\ - 3.
Следовательно, чем больше разность температуры в нагреве тел, тем больше
нужно затратить энергии.

То есть:

Q~(tt-t2)~At,

где 11 - конечная температура, <о - начальная температура.

3.На простом опыте по нагреванию разных масс воды от 5 °С до 10 °С
легко заметить разное время нагрева и, следовательно, разное значение
получаемой энергии. Чем больше масса тела, тем большее количество теп-
лоты нужно для нагревания.

Следовательно:

Q~m.

Если свести вместе все три полученных соотношения, можно получить основное выражение для расчета количества теплоты при теплообмене:

Q = cm(t - t0) = cm Δt.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, или выделяемое им при охлаждении, прямо пропорционально произведению удельной теплоемкости на массу тела и на разность конечной и начальной температур.

Вполне очевидно, что если происходил нагрев тела, то Δt = t- t0 > 0 и Q > 0. То есть тело получает тепло.

Если тело остывает, то t\ 0 и Δt < 0 и Q < 0. Это указывает на то, что тело отдает в окружающую среду количество теплоты Q.

Следует помнить, что если для нагревания тела массой т с удельной теплоемкостью с на Δt = t - to нужно Q = cm(t-t0), то ровно столько же выделяется тепла при охлаждении тела от t до t0.

 Решение задач

Оставшееся на уроке время желательно посвятить решению задач по изученной теме.

Задача 1

Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить куску свинца массой 2 кг для его нагревания на 10 "С.

Дано:

т = 2 кг

с = 140 Дж/кг°С                    

 t=10 °С

Тогда:

Q=cmΔt=140  Дж/кг*С*2кг10°С=2800 Дж

Дж кг°С

(Ответ: Q = 2800 Дж.) Задача 2

Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50 С до 10 °С?

Дано:

V=5 л

с=4200Дж/кг*С

Решение:

Так как плотность воды р = 1000 кг/м3,

то масса воды равна:

т = pV= 103 кг• 5 • 103 м3 = 5 кг.

Q=cm(t1-t2)=4200Дж*кг*С*5кг*(10-50=-840Дж

(Ответ: Q = -840 кДж.)

Знак «-» в ответе указывает на то, что вода отдает тепло.

Домашнее задание

1. § 9 учебника; вопросы и задания к параграфу.
2. Упражнения 4 (учебник, с. 25).
3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1007-1009, 1021.

Урок 9. Решение задаЦели: отаботка практических навыков при решении задач; развитие навыков устного счета