Кипение. Удельная теплота парообразо¬вания и конденсации. Зависимость температуры кипения от давления.
план-конспект урока по физике (8 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение гимназия №1 города Агрыз Агрызского муниципального района РТ

Учитель физики и информатики

Ягьфаров Алмаз Анварович

Урок физики в 8 классе

ТЕМА: Кипение. Удельная теплота парообразования и конденсации.  Зависимость температуры кипения от давления.

Цели:

• сформировать понятие кипения, как парообразования;
• выявить и объяснить особенности кипения с точки зрения молекулярно-кинетической теории;
• добиться усвоения учащимися понятия кипения как второго способа парообразования;
• дать сравнительную характеристику двум способам парообразования.

 Задачи:

Образовательные:

• в ходе урока усвоение понятия «кипение»;
• ввести понятие «удельная теплота парообразования и конденсации»;
• выявить основные особенности кипения: образование пузырьков, шум, предшествующий кипению, постоянство температуры кипения.
• продолжить формировать умение учеников применять основные положения МКТ в объяснении физических явлений.

Развивающие:

• формирование интеллектуальных умений: анализировать, выделять главное, существенное в изучаемом материале, делать выводы;
• формировать умение самостоятельно приобретать знания;
• развитие логического мышления учащихся;
• развитие познавательного интереса.

Воспитательные:

• усилить интерес к предмету;
• расширить кругозор;
• формировать мировоззрение.

Демонстрации:

• наблюдение этапов кипения.

Оборудование: электрический чайник с водой, термометр для измерения температуры жидкости, штатив, компьютер  и проектор.

Педагогические технологии: здоровьесберегающая, проблемное обучение,  личностно-ориентированное.

Эпиграф к уроку:

Попробуй пар не выпускать –

 И чайник может бомбой стать!

В. Марков.

План урока:

1. Организационный момент

 2. Актуализация знаний – самостоятельная работа: физический диктант «Змейка».

 3. Взаимопроверка выполненной самостоятельной работы.

 4. Изучение нового материала  

 5. Работа с учебником

 6. Физкультминутка

 7. Закрепление

 8. Итог урока.

Ход урока

1. Ответы на вопросы:

1. Что называется испарением?
2. От чего зависит скорость испарения жидкости?
3. Что называют термодинамическим равновесием?
4. Какой пар называется насыщенным?
5. Против каких сил совершают работу молекулы, покидающие жидкость при испарении?
6. Как объяснить понижение температуры жидкости при ее испарении?
7. Как можно объяснить, что при одних и тех же условиях разные жидкости испаряются по-разному?
8. При каких условиях происходит конденсация пара?
9. Какие явления природы объясняются конденсацией пара?

2. Физический диктант «Змейка» (Слайд 1)

Если да, то ставим такой знак

Если нет, то ставим такой знак

В итоге должна получиться змейка (примерно: )

1. Парообразованием называют переход молекул из жидкости в пар (да)
2. Испарение происходит при температуре кипения (нет).
3. Если нет притока энергии к жидкости извне, то температура при испарении понижается (да).
4. Вода, пролитая на пол, испаряется значительно медленнее, чем то же количество воды в стакане (нет).
5. Конденсацией называется процесс перехода молекул из пара в жидкость (да)

3. Блиц опрос по формулам:

1. Единица количества теплоты

2. Формула вычисления удельной теплоты плавления

3. Формула вычисления количества теплоты, выделяемой при сгорании вещества

4. Первая формула

5. Единица удельной теплоты сгорания

6. Буква удельной теплоты плавления

7. Единица удельной теплоемкости вещества

1. Вступление:

Эпиграф к уроку:

Попробуй пар не выпускать –

 И чайник может бомбой стать!

Владимир Марков. поэт (Приложение, слайд 6)

Учитель: Что может быть лучше горячего, хорошо заваренного чая?! И все знают, как правильно заварить чай. Что нужно делать перед тем, как заварить чай? (воду предварительно кипятят).

Кипение – загадочное тепловое явление!

Однажды известный мастер чая  Таллина Адамовская сказала:

“Существуют явления, на которые никогда не надоедает смотреть. Кипение воды - наслаждение зрелищем воды и огня, таинством их взаимодействия. Эта изменчивая картина завораживает. Закипая, чайник начинает разговаривать”. 

Посмотрев на этот процесс под несколько иным углом зрения, мы можем найти в нем множество загадок, объяснения которым нет даже в самой толстой кулинарной книге.

Тема урока – «Кипение. Удельная теплота парообразования и конденсации.  Зависимость температуры кипения от давления». (Приложение, слайд 7)

Учитель: Начнем нашу работу с наблюдения за процессом кипения воды в колбе и периодически будем измерять температуру воды.

 – Во время демонстрации пронаблюдать за появлением на дне и стенках сосуда мелких пузырьков. Объяснить причину их возникновения. Проследить за процессом отрыва пузырьков от стенок сосуда и дальнейшим всплыванием их на поверхность.

Во время нагревания воды обсуждаются вопросы:

– Каким явлением сопровождается процесс кипения?

 – Почему и где образуются пузырьки?

 – Почему пузырьки увеличиваются в объеме?

 – Под действием какой силы пузырьки движутся вверх?

 – Изобразите силы, действующие на пузырек.

 – Почему вода «шумит»

 – Чем отличается процесс кипения от процесса испарения?

Опыт: Наливаем в колбу воду и начинаем нагревать (в воду можно добавить крупинку марганца). Сначала измерим температуру воды в колбе. Запишите в тетрадь t1= 25ºС. Постоянно измеряем температуру.                                                                                  

Ученикам          задаём  вопросы:                                                                                            

 Учитель: Мы видим, что вода нагревается и поднимается вверх. Почему?

Ученик: Плотность горячей воды меньше, чем холодной, поэтому вследствие конвекции потоки теплой жидкости поднимаются вверх.

Учитель: При дальнейшем повышении температуры в воде, что мы видим?

Ученик: В воде образуются пузырьки воздуха.

Учитель: Откуда появляются эти пузырьки? Откуда в воде воздух?

Ученик: В воде всегда растворен воздух.

Учитель: Пузырьки чаще всего зарождаются на неоднородностях и микротрещинках поверхности. Характерные их размеры до закипания чайника порядка 1мм (при кипении они значительно возрастают и могут доходить до 1см).

Учитель: Пока вода в колбе нагревается, попробуем предположить, что будет происходить с пузырьками по мере нагревания воды в чайнике. Проследим за одним из пузырьков.

Объяснение появления шума, предшествующего кипению.

Учитель: Образовался пузырек, его окружает вода. При нагревании вода начинает испаряться, и водяной пар попадает в пузырек. Пузырек заполняется водяным паром, расширяется и под действием силы Архимеда поднимается вверх, попадая в верхние, еще не достаточно прогретые слои воды. Заполняющий пузырек насыщенный пар при этом охлаждается, его давление падает и уже не может компенсировать внешнего давления на пузырек со стороны воды. В результате пузырек быстро лопается или просто сильно сжимается. Лопание одновременно большого числа таких пузырьков, гибнущих в верхних слоях воды, воспринимается как шум.

Слушаем шум.          Слайд №10

Но не будем обольщаться, что мы заинтересовались и разобрались в этом вопросе первыми. Еще в ΧVIII веке шотландский ученый Джозеф Блэк изучал «пение» нагретых сосудов и установил причину шума, предшествующего кипению.

Учитель: Вода продолжает прогреваться. Пара в пузырьках становится больше. Размеры их увеличиваются. Пузырьки всплывают. Непосредственно перед кипением пузырьки пара перестают лопаться даже в верхних слоях воды. Давление в пузырьках становится больше внешнего, и пузырьки взрываются и пар выходит наружу. Вода закипает.

Учитель: Вода в чайнике закипела. Термометр показывает 100ºС, значит температура кипения воды 100ºС. Запишите в тетрадь tºкип.=100ºС.

Что образуется над чайником?

Ученик: Интенсивно образуется пар.

Учитель: Обратите внимание, что при кипении пар образуется над поверхностью жидкости и в пузырьках. Так что же такое кипение?

Ученик: Это переход жидкости в пар.    Учитель: Испарение это тоже переход жидкости в пар. Чем же кипение отличается от испарения?

Ученик: Кипение происходит при определенной температуре. Парообразование происходит и с поверхности жидкости и внутри, по всему объему жидкости.   Слайд №11

Учитель: Мы составили определение для кипения. А теперь найдите его в учебнике §18, прочитайте и попробуйте рассказать. Кипение – это интенсивное парообразование, происходящее по всему объему жидкости при определенной температуре.

Найдите определение tºкип. – Температура кипения – температура, при которой кипит жидкость. Ниже определения курсивом написан очень важный вывод. Прочитайте его. То, что температура жидкости во время кипения не изменяется,  мы можем проверить, посмотрев на термометр. На нем опять 100ºС. Запишите в тетрадь tº3=100ºС. На что же расходуется энергия, подводимая жидкости во время ее кипения?

Ученик: На парообразование.

Учитель: Действительно. Поэтому при приготовлении пищи, после закипания воды, газ у плиты нужно убавить.

– Каждой жидкости соответствует своя температура кипения.   Слайд №12

Анализ таблицы «Кипения жидкости»  Слайд №13

Учитель: Ребята, найдите на стр.55 в учебнике таблицу. В ней указаны температуры кипения разных жидкостей. Найдите температуру кипения спирта, эфира. Сделайте вывод.

Ученик: У разных жидкостей tºкип. разные.

Учитель: Обратите внимание на название таблицы. Прочитайте вслух.

Ученик: Температуры кипения различных жидкостей при нормальном атмосферном давлении.

Учитель: Последняя фраза очень важна. Температура кипения воды равна 100ºС, можно подумать, что это неотъемлемое свойство воды, что вода, где бы и в каких условиях она ни находилась, всегда будет кипеть при 100ºС. Но это не так. Можно создать такие условия, при которых вода закипит при температуре меньше чем 100ºС.

Вопросы:

1. Как вы  думаете, можно ли варить мясо, если вода закипает ниже 100  градусов (например, 90 градусов)?  

2.  Будет ли кипеть вода в кастрюле, которая плавает в другой кастрюле с кипящей водой? Почему?

3. Можно ли заставить кипеть воду, не нагревая её?

4. Раньше наши бабушки говорили: если молоко легко закипает и выливается через край – это к дождю. Почему? (Атмосферное давление падает, что провоцирует быстрое закипание молока. А понижение давления  - это к дождю)

Слайд №14

Учитель: Альпинисты заметили, что высоко в горах вода закипает при температуре меньше, чем 100ºС. Обратите внимание, как с высотой меняется tº кипения воды. А если спустится в шахту на глубину 300м , то там вода закипит при tº =101C, на глубине 600м при tº=102ºС Попробуйте сделать вывод. От чего же будет зависеть температура кипения жидкости.

Ученик: От атмосферного давления. С высотой атмосферное давление уменьшается, температура кипения жидкости тоже уменьшается. И наоборот, с глубиной атмосферное давление увеличивается, температура кипения увеличивается.  Слайд №15

Учитель: Приготовление пищи в скороварке имеет массу преимуществ по сравнению с обычными способами варки в обычной кастрюле. Процесс приготовления пищи происходит при температуре 120о С и время приготовления значительно сокращается. Каким образом температуру кипения удается повысить до 120о С?

 Обратите внимание на эпиграф к уроку. Почему чайник может стать бомбой? Чтобы предотвратить это, в кастрюле скороварке делают отверстие для выхода пара.

–  Давайте проведем мысленный эксперимент подумает: если взять разные жидкости массой 1 кг каждое, одинаковое ли количество теплоты требуется каждому веществу, чтобы его полностью испарить при температуре кипения.

 – Различные жидкости одной и той же массы требуют разное количество теплоты для их обращение в пар при температуре кипения.

Это характеризует физическая величина называемая удельной теплоемкостью, обозначается L.

Удельная теплота парообразования – физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения  температуры. Слайд №16 

Работа с таблицей Слайд №17

Чему равна удельная теплота парообразования ртути?

Что означает это число? Дальше Слайд №18

Тут важно подчеркнуть, что вода при 100 градусах вызывает меньший ожог, чем пар при 100 градусах. (Q=cm(t1-t2)=4200*1кг*100=420 000 Дж;   Q=Lm=2300000*1кг=2 300 000 Дж)

– Кипение  происходит с поглощением теплоты. Большая часть подводимой теплоты расходуется на разрыв связей между частицами вещества, остальная часть – на работу, совершаемую при расширении пара. (Слайд №19)

 – Мы знаем, что обратный процесс парообразованию – конденсация. Что происходит с энергией? (Конденсация происходит с выделением  теплоты)  (Слайд №20).

Кипение в быту и промышленности (Слайд №21)

• Кипение используется на электростанциях для выработки электричества.
• Кипение используется в паровых установках и котельных для обогрева помещений.
• Кипение используется в медицине для стерилизации инструментов.

Кипение используется для приготовления пищи

Кипение в природе: гейзеры (Слайд №22)

Кипение в медицине: автоклав  (Слайд №23)

Давайте послушаем сказку.  (Слайд №24)

Жил-был царь. У него были три дочери: старшая, средняя и младшая. Младшая была самая красивая, самая любимая.  Царь был стар и умен. Он давно издал указ, по которому первая дочь, выходящая замуж получит пол-царства. Зная указ, средняя и старшая дочери очень хотели замуж,  и часто из-за этого ссорились. Младшая дочь замуж не собиралась. Чтобы разрешить все вопросы с замужеством и уладить ссоры, царь предложил провести такое соревнование.

 Он поставил на стол три чайника. Они были совершенно одинаковы, как по внешнему виду, так и по вместимости.  Царь налил в каждый чайник равное  количество воды из ведра.

 «Мои любимые дочери, – начал свою речь царь, – сейчас каждая из вас возьмет по чайнику и отправиться вместе со мной на кухню. Там вы поставите чайники на плиту и дождетесь, пока они закипят. Та дочь, у которой закипит чайник раньше, выйдет замуж первой».

 Как не странно, но расчеты царя были точными, первым закипел чайник у младшей дочери.   Почему?

Ответ: Старшая и средняя дочери очень хотели, чтоб их чайники закипели быстрее, и часто поднимали крышки чайников, проверяя, не кипит ли в них вода. Младшая дочь замуж не хотела и в чайник не заглядывала!

– Можно ли заставить кипеть воду, не нагревая ее? (Слайд №25).

 Если учащиеся не придут к правильному ответу, можно это задание дать на дом используя различную литературу, интернет найти ответ на поставленный вопрос.

Домашнее задание:

§ 18, 20 упр.16 № 4-5.

Тест

ВАРИАНТ 1

1.В отличие от испарения кипение:

А. Это парообразование, которое происходит при tº кипения. Б.Это парообразование, которое происходит при tº кипения только с поверхности жидкости В.Это парообразование, которое происходит при tº кипения с поверхности и по всему объему жидкости. Г.Это переход жидкости в пар.

2.Температура жидкости во время кипения:

А. Уменьшается. Б. Увеличивается. В. Не изменяется. Г.Сначала увеличивается, а потом уменьшается.

3.Шотландский ученый Д.Блэк установил одну из причин «пения» нагретых сосудов. Она заключалась в следующем:

А При нагревании жидкости интенсивно образуются пузырьки воздуха.

Б. Пузырьки, отрываясь от горячего дна устремляются вверх. В. Пузырьки, всплывая, попадают в верхние, еще не достаточно прогретые слои воды и быстро схлопываются. Г. Пузырьки всплывают на поверхность равномерно прогретой воды и взрываются.

4. В романе Ж. Верна «Дети капитана Гранта» путешественники на перевале в Андах обнаружили, что термометр, опущенный в закипевшую воду, показал всего лишь 87º С. Возможно ли такое?

А. Нет, при любых условиях tº кипения воды 100º С. Б.Да. Высоко в горах атмосферное давление низкое и tº кипения воды уменьшается. В.Нет, термометр был испорчен. 

ВАРИАНТ 2

1.Кипение – это:

А. Это парообразование, которое происходит при tº кипения с поверхности и по всему объему жидкости. Б. Это парообразование, происходящее с поверхности жидкости.

В. Это переход твердого тела в жидкое состояние. Г. Это переход жидкости в пар при любой tº.

2.Как изменяется температура жидкости от начала кипения до полного ее выкипания?

А.Повышается. Б. Понижается.  В. У одних жидкостей повышается, у других понижается.. Г. Остается неизменной.

 3.При нагревании воды до определенной tº слышен шум. Причиной шума является:

А. Пузырьки всплывают на поверхность равномерно прогретой воды и взрываются.

 Б. Пузырьки, отрываясь от горячего дна устремляются вверх. В Пузырьки, всплывая, попадают в верхние, еще не достаточно прогретые слои воды и быстро схлопываются.  Г.  Интенсивное образование пузырьков воздуха при нагревании жидкости.

4.В романе Ж.Верна «Гектор Сервадак» автор замечает, что на высоте 11000м вода должна закипать при tº= 66ºС. Так ли это?

А. Проверить невозможно, т.к. на такой высоте человек не сможет дышать.

 В. .Да, т.к. высоко в горах атмосферное давление низкое и tº кипения воды уменьшается. Г.Вода, где бы и в каких условиях она ни находилась, всегда будет кипеть при 100ºС.

Ответы к тестам:

1Вариант: 1.В   2.В   3.В      4.Б  

2Вариант: 1.А     2.Г  3.В     4.В    

– Итак, мы с вами рассмотрели процесс парообразования, который происходит двумя способами: испарение и кипение. Рассмотрели в чем разница между испарением и кипением.

Рефлексия:

 – Продолжите, пожалуйста, фразу:

 – Сегодня на уроке я узнал…

 – Сегодня на уроке я познакомился…

 – На уроке мне понравилось…

1. Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое.
2. Физическая величина, измеряемая в Джоулях.
3. Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое.
4. Переход вещества из пара в жидкость.
5. Разновидность воды в твёрдом состоянии.
6. Переход вещества из жидкости в пар.
7. Процесс, сопровождаемый быстрым образованием пузырьков пара, прорывающихся через поверхность жидкости.
8. Жидкость с большой удельной теплоёмкостью.
9. Топливо, получаемое из нефти.