Урок-семинар по теме: "Тепловые явления"

Тип урока: урок систематизации и обобщения материала - 2ч.

Место в учебном плане: заключительный урок по теме: Тепловые явления.

Цели урока: систематизирование и обобщение теоретических и практических знаний учащихся о тепловых явлениях; стимулирование познавательного интереса учащихся к данной теме и предмету в целом, расширение кругозора; воспитание у учащихся самостоятельности, коллективизма, ответственности за себя и других членов коллектива; развитие навыков работы в группах на основе раскрытия индивидуальных способностей каждого ученика.

Задачи урока:

воспитательная - развитие познавательного интереса учащихся, основ коммуникационного общения, уверенности в собственных силах;
учебная - обобщение, систематизация, углубление знаний;
развивающая - развитие памяти, логического мышления, приёмов умственной деятельности.

Техническое оснащение: компьютер, экран, мультимедийный проектор, кодоскоп.

Подготовка к семинару и оформление кабинета: класс предварительно делится на 4 команды (примерно за неделю до семинара, чтобы у ребят была возможность подготовить дополнительную информацию и опыты); подготовить проекционные плёнки; физические приборы для демонстрации опытов; оценочные листы, а также четыре стенда-раскладушки для каждой команды, где ребята предварительно крепят наглядные пособия; соединить по два ученических стола и расставить таким образом, чтобы четыре команды учащихся были удалены друг от друга. На экране высвечиваются высказывания:

• "Всё выучить невозможно, а научиться рассуждать - необходимо".

• "Человек страшится только того, чего не знает, знанием побеждается всякий страх".

• "Хорошая команда - залог успеха".

• "Он стал поэтом. Для занятий физикой у него было слишком мало воображения".

Учитель приветствует ребят и гостей, объявляет цель и план урока.
- Ребята, сегодняшний урок мы проведём в форме урока-семинара.
Учитель обращает внимание учащихся на высказывания, зачитывает стихотворение:

О теплоте начнём рассказ,
Всё вспомним, обобщим сейчас.
Энергия! Работа до кипенья!
Чтоб лени наблюдалось испаренье!
Мозги не доведём мы до плавленья,
Их тренируем до изнеможенья!
В учении проявим мы старание,
Идей научных видя обаяние!
Но как же жизнь бывает непроста
С той дамой, что зовётся: "ТЕПЛОТА"! [1]

А теперь - внимание! Представление команд: на каждом столе находится табличка, определяющая тему подготовки команды:

1) Эксперимент.
2) Приготовление пищи и виды топлива.
3) Энергия и теплота в живой природе.
4) Тепловые механизмы и двигатели.

Также, на столах находятся задания-вопросы, на которые представитель этой команды (по указанию капитана) отвечает у доски, время для подготовки ответа - 5-7 мин, все ответы иллюстрируются наглядными пособиями, которые устанавливаются или вывешиваются заранее, возможно использование кодоскопа и компьютерных технологий.

Не отвечающие в данный момент конспектируют предлагаемые ответы, задачи, всю новую, интересную информацию на специальных листах с уже отпечатанными вопросами. Они также оценивают работу команд на отдельном листке (по пятибалльной системе).

Получив задание, команда экспериментаторов готовит ряд опытов на демонстрационном столе.

Учитель: Пока команда экспериментаторов готовится, проведём разминку. За каждый верный ответ команды получают 1 балл.

1)

Она жила и по стеклу текла,
Но вдруг её морозом оковало,
И неподвижной льдинкой капля стала,
И в мире поубавилось тепла.

Учитель: прав ли поэт? (ученики дают верный ответ: поэт не прав, т.к. льдинка образуется в результате кристаллизации, а при этом энергия выделяется, значит, тепла прибавилось).

2)

Зимним днём расселись гости
Всюду в комнате моей.
Окна быстро запотели.
Почему? Скажи скорей.

(ответ: на стёклах конденсируется вода)

3)Что теплее: три рубашки или рубашка тройной толщины?
(ответ: три рубашки, т.к. между ними воздух, а в рубашке тройной толщины его нет; воздух плохой проводник тепла)

4)Какую неточность содержит фраза: "Кислород кипит при -183⁰ С"?
(ответ: кислород кипит при -183⁰С при нормальном внешнем давлении p10⁵ Па)

Учитель: команда экспериментаторов готова. Предоставим ей слово.

I команда. Эксперимент (Теплопередача и закон сохранения энергии)

Учащиеся предлагают опыты с простым школьным оборудованием для демонстрации разных видов теплопередачи. Объясняют их, изображая схематично передачу теплоты ("энергетические" схемы). [2]

Опыт 1: Кипячение воды в бумажной коробке. Возьмём небольшую коробочку из плотной бумаги, нальём в неё воды и поставим на электрическую плитку (можно подвесить над спиртовкой). Вода нагревается и, наконец, закипает, а коробка остаётся целой. Ученик предлагает ребятам убедиться в этом, и объясняет суть опыта.

Опыт 2: Несгораемый платок. Носовой платок предварительно смачивают водой (незаметно от присутствующих), затем обливают спиртом и поджигают. Через некоторое время пламя тухнет. Ученик даёт исчерпывающий ответ, почему платок остаётся целым?

Опыт 3: Замерзание кипящей воды. Стакан с небольшим количеством воды ставят под колокол воздушного насоса, откачивают воздух из-под колокола. Вода закипает, а затем замерзает (ученик объясняет, чем вызвано замерзание воды?).

Экспериментальная задача: Определение температуры предмета, нагретого в пламени. Ученик демонстрирует опыт, объясняя наблюдаемые явления. Второй ученик рисует схему передачи тепла в опыте и оформляет ответ на доске в виде задачи.

II команда. Приготовление пищи и виды топлива.

Учитель: Первобытные люди начали использовать огонь 700 000 лет назад. Как источник тепла и света, огонь предоставлял возможность не зависеть от капризов природы и жить в пещерах. Огонь был также мощным средством защиты от хищных животных. И, наконец, с помощью огня человек научился, приготавливать себе пищу. Первобытные люди заметили, что кусок мяса, упавший в огонь, вкуснее сырого.

Предоставим слово II команде для более широкого раскрытия этой темы.

(Предварительные темы для подготовки к семинару: теплоёмкость пищи, медная и чугунная посуда, жарение и варка, кипение, виды топлива.)

1)Какие тепловые способы приготовления пищи вам известны? В каждом случае укажите источник тепловой энергии и способ передачи теплоты к продуктам.

2)Большая часть нашей пищи готовится в кипящей воде. Какая вода - сырая или кипячёная закипает при одинаковых условиях раньше? Расскажите о процессе кипения: от чего зависит, как происходит, какими закономерностями характеризуется.

3)Почему жареное вкуснее варёного?

4)В какой посуде пища подгорает легче: в медной или в чугунной? Почему?

5)Какова мощность горящей спички? (Решить задачу экспериментально)

6)Проанализируйте виды топлива, которые используются в современной технике. Какие виды топлива использовались в древности? Какие вещества, возможно, будут использоваться как топливо? Таблица.1

Удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг

Твёрдое топливо		Газообразное топливо
Бурый уголь подмосковный	10 500	Бутан	47 000
Бурый уголь челябинский	14 650	Водород	119 700
Дрова сухие	11 200	Метан	49 800
Лузга подсолнечная	14 300	Природный газ: Бугурусланский Саратовский Дашавский	41 000 45 600 49 000
Металлическое ракетное горючее: Магний Алюминий Бериллий	24 830 31 000 66 600	пропан	46 000
		Этан	47 500
		этилен	47 300
Порох	3 700
Солома	14 300
Твёрдое ракетное топливо	10 500
Жидкое топливо
Бензин	44 000	Топливо для самолётов	43 100
Дизельное топливо	42 700	Ацетилен	47 930
Жидкое ракетное топливо: Кислород и керосин Жидкие фтор и водород Жидкие кислород и водород	9600 12 940 13 550	Керосин осветительный	43 100
		Спирт этиловый	26 000
		Мазут	39 500
Продукты
Яйца	6904	Жир свиной	38 700
Арбуз	1650	Масло подсолнечное.	38 900
Сливки	8900	Огурцы	572
Сметана	14 790	Сахар	17 150

III команда. Энергия и теплота в живой природе.

Учитель: "Физика не только может, но и должна глубоко вторгаться в биологию как своими средствами исследования, так и свойственными её теоретическими представлениями" - Это слова академика Л.А. Арцимовича. Действительно, физические методы исследования широко используются при изучении живой природы, а своеобразие этого объекта вызывает к жизни новые, более совершенные методы физических исследований.

Предоставим слово команде III , которая расскажет о тепловых процессах в живой природе.

1)Главный закон, которому подчиняются все тепловые процессы, - закон сохранения энергии. Все живые организмы затрачивают в процессе жизнедеятельности много энергии (движение, питание, охота и т.д.). Откуда они берут энергию для этого?

2)Приведите примеры о влиянии тепловой энергии окружающей среды на процессы в живой природе.

3)Почему в точном определении калории делается указание, что нагревание 1 г или 1 кг воды должно производиться от 14⁰С до 15⁰ С?

4)Рассмотрите внимательно таблицы №2 и №3. К какой категории людей вы отнесли бы школьников, учитывая их ежедневные энергозатраты? Учитывая средние энергозатраты школьников, предположите, какие продукты помогут вам восстановить силу при "сгорании" пищи в организме. Обоснуйте ответ. [3]

Таблица 2 Теплота сгорания суточного рациона пищи у разных категорий трудящихся.

Таблица.3 Калорийность пищевых продуктов, ккал.

Учитель: гостям также предлагается составить рацион питания на один день с учётом энергозатрат педагогов - 2400 ккал.

Учитель: А теперь задание для каждой команды. С помощью таблиц 3 и 4, составьте примерное меню одного приёма пищи для спортсмена-футболиста (I команда), спортсмена-гимнаста (II команда), пловца (III команда) и конькобежца (IV команда), считая, что за этот приём он должен получить 50% необходимой ему ежедневной нормы жизненной энергии. [3]

Теплота сгорания суточного рациона пищи одного спортсмена для разных видов спорта

Таблица.4

IV команда. Тепловые механизмы и двигатели.

Учитель: Физически развитый человек может совершить за рабочий день полезную работу около 1 миллиона джоулей. Тепловые машины освободили человека от тяжёлого физического труда в промышленности и сельскохозяйственном производстве. Они выполняют работу в сотни и тысячи раз больше той, которую мог бы выполнить человек без машин. Основное назначение большинства применяемых в современной технике тепловых машин заключается в превращении внутренней энергии топлива в механическую энергию. Механическая энергия далее может превращаться в электрическую энергию и любые другие виды энергии. Предоставим слово команде IV , которая расскажет более подробно о тепловых механизмах и двигателях.

1)Приведите примеры механизмов, использующих при своей работе тепловую энергию. Укажите в каждом случае источник энергии, путь её преобразования.

2)Опишите первые практически действующие универсальные паровые машины. Объясните принцип действия.

3)Покажите на опыте, как можно совершить работу за счёт преобразования тепловой энергии.

4)Тепловые машины и охрана окружающей среды.

Учитель: Подведём итоги семинара. Каждой команде предлагается составить синквейн^*. Капитаны команд вытягивают карточки с первым ключевым словом синквейна. Так как работа коллективная, то время выполнения работы составляет 5-7 минут.

Примеры ключевых слов:

I синквейн - Тепловой двигатель
II синквейн - Теплоёмкость
III синквейн - Внутренняя энергия
IV синквейн - Температура

После выполнения задания, капитаны команд, по очереди, зачитывает синквейн. Ребята обсуждают, и ставят баллы по пятибалльной системе.

Синквейны, составленные командами:

Тепловой двигатель

Паровой, газовый, реактивный.
Превращает, экономит, преобразует, загрязняет.
Превращение внутренней энергии топлива в механическую.
Устройство.

Внутренняя энергия

Изменяемая, зависимая.
Передаётся, увеличивается, уменьшается.
Энергия теплового движения микрочастиц и взаимодействия этих частиц.
Вид энергии.

Температура

Измеряемая, зависимая.
Повышается, понижается, изменяется.
Характеризующая степень нагретости тела.
Величина.

Теплоёмкость

Удельная, молярная.
Зависит, меняется, увеличивается.
Различна для вещества в трёх агрегатных состояниях.
Величина.

Учитель подводит итоги урока, баллы заносятся в таблицу, результат высвечивается на экране.

Учитель: Большое спасибо всем за совместную работу. Хочется надеяться, что сегодняшний урок разбудит у вас жажду новых познаний.

Примечание: Синквейн^* - "белый стих", состоящий из пяти слов. Правило составления синквейна: 1 строка - заголовок, в который выносится ключевое слово, понятие, тема синквейна, выраженная в форме существительного; 2 строка - два прилагательных; 3 строка - три глагола; 4 строка - фраза, несущая определённый смысл; 5 строка - Резюме. Вывод. Одно слово - существительное.

Литература:

1. С.В. Боброва, Нестандартные уроки физики, изд. "Учитель", 2001

2. Л.А. Горев, Занимательные опыты по физике, М., "Просвещение", 1977

3. А.С. Енохович, Справочник по физике и технике, М., "Просвещение", 1983

Примерные ответы на некоторые вопросы, которые были освещены учениками во время проведения урока-семинара в 8 классе по теме: Тепловые явления.

I команда. Эксперимент.
1	Опыт 1: Кипячение воды в бумажной коробке.	Возьмём небольшую коробочку из плотной бумаги, нальём в неё воды и поставим на электрическую плитку (можно подвесить над спиртовкой). Вода нагревается и, наконец, закипает, а коробка остаётся целой. Это объясняется тем, что теплота от электрической плитки передаётся воде, и температура бумажной коробки не достигает температуры воспламенения.
2	Опыт 2: Несгораемый платок.	Носовой платок предварительно смачивают водой, затем обливают спиртом и поджигают. Через некоторое время пламя тухнет. Платок остаётся целым, так как вода имеет плохую теплопроводность.
3	Опыт 3: Замерзание кипящей воды.	Стакан с небольшим количеством воды ставят под колокол воздушного насоса, откачивают воздух из-под колокола. Вода закипает, а затем замерзает. Происходящий при пониженном давлении процесс кипения сопровождается поглощением теплоты, чем объясняется понижение температуры воды и её замерзание.
4	Экспериментальная задача: Определение температуры предмета, нагретого в пламени.	Оборудование: кусок медной проволоки, калориметр с холодной водой (масса воды известна), термометр, весы с разновесами. Ученик демонстрирует опыт, объясняя наблюдаемые явления. Второй ученик рисует схему передачи тепла в опыте и оформляет ответ на доске в виде задачи.

II команда. Приготовление пищи и виды топлива.
1	Какие тепловые способы приготовления пищи вам известны? В каждом случае укажите источник тепловой энергии и способ передачи теплоты к продуктам.	Ответ основан на жизненном опыте: в печи, на пару, в костре, на огне, в дыму, на углях и т.д. При рассказе используются мультимедийные технологии (слайды в Power Point содержат фотографии, рисунки, репродукции картин, также использован видеофрагмент).
2	Какая вода - сырая или кипячёная закипает при одинаковых условиях раньше? Расскажите о процессе кипения.	В действительности раньше закипит вода сырая, так как она содержит в растворе воздух (ученик разъясняет, почему присутствие растворённого воздуха ускоряет кипение, рассказывает опыт по перегреванию воды, который удалось поставить Максвеллу).
3	Почему жареное вкуснее варёного?	Причина того, что жареная пища вкуснее варёной заключается главным образом в физических особенностях процессов жарения и варки. Ни вода, ни жир не нагреваются выше температуры их кипения,- но вода кипит при 1000 С, жир - при 2000 С, значит, жаренье происходит при более высокой температуре, чем варка. Более высокое нагревание вызывает в органических веществах пищи изменения, улучшающие вкус (жаркое вкуснее варёного мяса, яичница вкуснее варёных яиц и т.д.).
4	В какой посуде пища подгорает легче: в медной или в чугунной? Почему?	Теплопроводность меди в 8 раз больше, чем чугуна; это значит, что в единицу времени через слой меди протекает в 8 раз больше теплоты, чем через слой чугуна такой же толщины при одинаковой разности температур по обе стороны слоя. Отсюда ясно, что в медной посуде, поставленной на огонь, пища должна подгорать легче, чем в чугунной.
5	Какова мощность горящей спички? (решить задачу экспериментально)	При горении развивается тепло, освобождается энергия. Можно выяснить, сколько джоулей энергии развивает горящая спичка в секунду, т.е. какова мощность горящей спички в ваттах? Взвешиванием определяем, сколько весит спичка (m=100 мг = 0,1 г), теплотворную способность древесины примем равной 12500 . Определяем по секундомеру, что спичка сгорает за 20 секунд. Q=q.m; Q=12500. 0,1 г =1250 Дж; P== =63 Дж. Следовательно, мощность горящей спички равна 63 Ватта, т.е. по мощности превосходит 50-ваттную электрическую лампочку.
6	Проанализируйте виды топлива, которые используются в современной технике. Какие виды топлива использовались в древности? Какие вещества, возможно, будут использоваться как топливо?	Анализ видов топлива производится учеником по таблице 1 приложения (для лучшего просмотра таблица высвечивается на экране).

III команда. Энергия и теплота в живой природе.
1	Откуда живые организмы берут энергию для поддержания жизнедеятельности?	Главный закон, которому подчиняются все тепловые процессы, - закон сохранения энергии. Все живые организмы затрачивают в процессе жизнедеятельности много энергии (движение, питание, охота и т.д.). Ученик рассматривает химические реакции внутри клетки, отвечает на вопрос с использованием таблиц из курса "Биология". Дыхание живых существ иногда называют медленным горением, т.к. кислород поступает в организм при дыхании.
2	Как влияет тепловая энергия окружающей среды на процессы в живой природе?	Контроль температуры тела у человека осуществляется гипоталамусом. Эта железа при любых изменениях температуры организма посылает нервные импульсы к определённым органам, чтобы стимулировать процессы увеличения теплоотдачи или сохранения тепла. У многих птиц и млекопитающих есть способность сохранять температуру тела постоянной.
3	Почему в точном определении калории делается указание, что нагревание 1 г или 1 кг воды должно производиться от 14 0С до 15 0С?	Количество тепла, расходуемое для нагревания воды на 10 , не строго одинаково при различных температурах. При нагревании от 00 до 270С количество это постепенно уменьшается, а начиная с 27 0 - возрастает. По международному соглашению, точное определение калории таково: это количество теплоты, которое необходимо для повышения температуры килограмма (или грамма - для малой калории) воды с 140 С до 15 0С по водородному термометру. Такая калория, как установлено измерениями, равна среднему значению калории, измеренной для температурного интервала от 00 до 1000 С, - чем и объясняется выбор температуры для "15-градусной" калории. Калория, измеренная для промежутка 0-10 , меньше15-градусной на 0,8%.
4	Учитывая средние энергозатраты школьников, предположите, какие продукты помогут вам восстановить силу при "сгорании" пищи в организме.	С помощью таблиц 2 и 3 приложения, ученики составляют меню
Задание командам
	Составьте примерное меню одного приёма пищи для спортсмена-гимнаста, считая, что за этот приём он должен получить 50% необходимой ему ежедневной нормы жизненной энергии.	С помощью таблиц 3 и 4 приложения, ученики составляют меню

IV команда. Тепловые механизмы и двигатели.
1	Приведите примеры механизмов, использующих при своей работе тепловую энергию. Укажите в каждом случае источник энергии, путь её преобразования.	При рассказе используются мультимедийные технологии (слайды в Power Point содержат фотографии, рисунки, репродукции картин, также использован видеофрагмент). Рассматриваются пароходы, паровозы, пушки, ружья, ракеты.
2	Опишите первые практически действующие универсальные паровые машины. Объясните принцип действия.	Первые практически действующие универсальные паровые машины были созданы русским изобретателем Иваном Ивановичем Ползуновым и англичанином Джемсом Уаттом. Используя компьютерные технологии, учащиеся показали устройство и принцип действия паровой машины. Вывод: главным недостатком первых паровых машин был низкий КПД. У паровозов КПД не превышал 9%.
3	Покажите на опыте, как можно совершить работу за счёт преобразования тепловой энергии.	Ученик поставил опыт по задаче № 1126 из "Сборника задач по физике 7-9" В.И. Лукашика, (М, Просвещение, 2002) Опыт ставится по рис.277 сборника.
4	Тепловые машины и охрана окружающей среды.	Ребята привели примеры отрицательного влияния тепловых машин на окружающую среду под действием разных факторов. Ученик предложил один из путей уменьшения окружающей среды.