"Капля, дающая жизнь" — обобщающий урок по теме: "Тепловые явления". 8-й класс

Одной из основных задач образования в настоящее время является развитие личности ребёнка. Социальные цели при этом определяются тем, что общество стремится к формированию у детей таких интеллектуальных, моральных, социальных и профессиональных качеств, которые позволяют им служить обществу, и в то же время таких качеств, которые в наибольшей степени соответствуют их способностям, интересам и которые могли бы пригодиться им в жизни.

В связи с этим цели обучения включают два аспекта – социальный и личностный. Исходя из этого цели данного урока можно разложить следующим образом:

Из цели образования, заключающейся в передаче подрастающему поколению социального опыта следует, что в задачи обучения физике входит формирование у учащихся глубоких и прочных знаний. Существует система уровней усвоения знаний учащимися:

1 уровень – запоминание знаний
2 уровень – понимание знаний
3 уровень – применение знаний в знакомой ситуации
4 уровень – применение знаний в новой ситуации.

Данный урок рассчитан на четвёртый уровень, где необходимо умение выполнять творческую деятельность, то есть применять физические знания в разных ситуациях: решения задач и объяснения природных явлений и в процессе этой деятельности добывается объективно новая информация.

И об используемых методах. По характеру познавательной деятельности выделяется 5 методов обучения:

1. объяснительно – иллюстрационный,
2. репродуктивный,
3. проблемного изложения,
4. эвристический,
5. исследовательский.

В предлагаемом уроке нет разве только репродуктивного метода. Все же остальные имеют место быть. И всё же в большей степени присутствуют два последних, так как осуществляется небольшой творческий поиск, ученики ставятся в такие условия , что вынуждены самостоятельно искать решение поставленных проблем.

Ожидаемый результат: повышение интереса к изучению предмета, расширение знаний о свойствах воды, приобретение навыков в решении парадоксальных и нестандартных ситуаций, приобретение навыка коллективной работы.

Ход урока.

Урок проходит в форме ролевой игры. Из класса выбираются 5 человек, играющих роль «научного совета» и помогающие учителю в проведении урока, оставшиеся ученики делятся на 3 группы, которым предстоит роль «научных лабораторий», борющихся за звание лучших знатоков свойств воды.

1. Один из членов «учёного совета» делает доклад о роле воды в живой природе.

Вода стоит на первом месте среди веществ, которые входят в состав клетки, что способствует поддержанию стабильности температуры тела организмов. Часто о ком-нибудь говорят: «Да он же золотой человек!» А если бы человек на самом деле был бы из золота, в частности, если бы удельная теплоёмкость его тела была такой же, как у золота? Тогда от стакана горячего чая его температура повысилась бы на 8 – 10 градусов, а ведь мы чувствуем себя больными при повышении температуры нашего тела даже на доли градуса.

Особенностью строения молекул воды объясняются и другие удивительные свойства воды, которые, которые делают её жидкостью, незаменимой в живой природе. Например, большое значение имеет тот факт, что вода обладает большой удельной теплотой парообразования. Если бы вода имела такую же теплоту парообразования как у эфира, то «эфироподобная» вода испарялась бы почти в 6 раз быстрее. Например, за день тяжёлой физической работы человек теряет до 10 литров пота, который, испаряясь, охлаждает организм, благодаря своей большой удельной теплоте парообразования. А если бы основой пота была «эфироподобная» вода, в таком случае при тяжёлой работе в организме человека должно было бы выделиться в 6 раз больше пота, человеку пришлось бы выпить во столько же раз больше жидкости. А так как вода к каждой клетке приносится с кровью, то сердцу за это же время пришлось бы перекачать в 6 раз больше крови. Представьте, как должны были бы измениться размеры сердца человека, да и не только сердца – всех органов, и у всех животных тоже. Изменись хоть одна характеристика воды, и мир станет другим. Скажем, если бы удельная теплота плавления льда стала такой же, как, например, удельная теплота плавления свинца. Тогда затрачивалось бы в несколько раз меньше количество теплоты, чтобы расплавить весной снег и лёд. Можно долго фантазировать на эту тему. Но вода – самая удивительная жидкость на Земле – по свойствам превосходит всякую фантазию. Благодаря им вода является основой крови, лимфы, слюны, желчи, желудочного сока, растительных соков.

2. Второй докладчик рассказывает о химических свойствах воды.

Ещё совсем недавно химики были уверены, что состав воды им хорошо известен. Но однажды один из них измерил плотность остатка воды после электролиза. Оказалось, что плотность на несколько стотысячных долей выше нормальной. Эта ничтожная разница потребовала объяснения. В результате исследований было обнаружено, что вода очень сложна.

Каждый знает, что вода - это соединение водорода и кислорода, и об этих составляющих воды многое известно, но и многое ещё предстоит решить. Химики помещают водород одновременно в две группы: в 7 и 1, обнаруживая его сходство с галогенами и щелочными металлами. В природе обнаружено три изотопа водорода (протий, дейтерий, тритий) и три изотопа кислорода. В ускорителях и реакторов физики сумели создать ещё пять изотопов кислорода и работают ещё над созданием двух изотопов водорода, теоретически уже предсказанных. Так что же такое обыкновенная вода? Мы утверждаем, что такой воды нет. Её состав всё время меняется. Если подсчитать все возможные соединения с общеизвестной формулой воды, то результат окажется неожиданным: в мире может существовать 235 видов воды.

Человек издавна наделял воду чудодейственными свойствами. Вот, например, сказка. Лежит Иван-царевич мёртвый, над ним уже вороны летают. Откуда ни возьмись, прибежал Серый волк и схватил воронёнка:

- Ты лети-ка, ворон, за живой и мёртвой водой. Принесёшь мне живой и мёртвой воды, тогда отпущу твоего воронёнка.

Долго ли ворон летал, коротко ли – принёс он живой и мёртвой воды. Серый волк спрыснул мёртвой водой раны Ивана-царевича – раны зажили, спрыснул живой – Иван-царевич ожил.

Есть ли на самом деле в природе живая и мёртвая вода? Мы утверждаем, что замечательные свойства живой воды спасают в засушливый год урожай. Мёртвой водой заполнены некоторые реки и водоёмы, отравленные отходами промышленности. Вода – удивительный природный минерал, образцы которого не экспонируются ни в одном из минералогических музеев мира. Почти все свойства воды – исключение в природе.

3. Группам предлагается объяснить опыт, демонстрирующий «живые» свойства воды.

Предварительно намоченный водой платок, на глазах у всех смачивается спиртом и поджигается. Детям следует объяснить, почему платок остался невредим, когда гаснет пламя.

4. Доклад о смачивающих свойствах воды.

Пронаблюдаем опыт. Листок промокательной бумаги опустим в чернила. Клякса медленно всползает вверх, расплывается, ветвится, но по закону сообщающихся сосудов должно быть всё на оборот, клякса должна бы спускаться, стекать вниз, Но она не желает этого делать. Чтобы понять, в чём здесь дело, присмотримся к поверхности воды, налитой в чистый стакан. У стенок стакана поверхность воды загибается вверх. Это выглядит так, словно вода хочет всползти по стенкам стакана, хочет и не может. Ей удалось сделать только один, совсем маленький шажок. И всё же раз этот шажок сделан, значит, есть какая-то сила, которая тянет воду вверх. Только сила эта мала, а воды в стакане много. А если бы стакан был поуже? Если взять узкую трубку, то видим, что уровень воды в капилляре выше, чем в стакане, миллиметра на два, это уже кое-что. Есть ли такие трубочки в промокашке? Да, они там есть, это крошечные промежутки между отдельными волоконцами промокашки. Это свойство жидкостей, эта их способность подниматься по тоненьким, как волосок, трубочкам называется волосностью или капиллярностью, от латинского слова «капилларис» - волосной.

5. Четвёртый помощник проводит опыт. Прежде чем расстаться с капиллярностью, проделаем два забавных опыта. На горлышко бутылки положим надломленную палочку, а на неё монетку. Как сбросить монетку в бутылку, не дотрагиваясь ни до монетки, ни до бутылки? Решение простое, надо на место надлома палочки капнуть каплю воды (проделывает это). Сгиб палочки намок, концы расходятся всё больше и больше, палочка распрямляется и монетка падает. Для второго опыта понадобится пять спичек. Надломим их все посредине, согнём под прямым углом и сложим их вместе сгибами внутрь ( всё заранее подготовлено и разложено по тарелочкам). Как сделать из этих спичек пятиконечную звезду, не прикасаясь к ним? Предлагаем решить эту задачу вам.

Конечно же, нужно уронить несколько капель воды на сгибы спичек. Постепенно спички начнут расправляться и образуют звезду. Причина в обоих опытах одна и та же. Волокна дерева впитывают влагу. Она ползёт всё дальше по капиллярам. Дерево набухает.

6. Пятый докладчик продолжает разговор о смачивающих свойствах воды.

Холодная вода не смывает жир с утиных перьев, не смывает она его и с белья. Так же и руки, запачканные машинным маслом или каким-нибудь другим жиром, в холодной воде не отмоешь. А вот песок, глина отмываются хорошо. Почему? Да потому, что частички хорошо смачиваются водой. Вода обволакивает эти частицы, проникает под них. Частицы снимаются со своих мест, и их можно отполоскать. Как говорит русская пословица: «Грязь – не сало: потёр – отстало!» Попробуем погрузить бельё в холодную воду. Смачивается оно не очень хорошо, во всяком случае, частицы жира она не обволакивает. И мы можем сколько угодно полоскать это бельё, тереть его, выкручивать, жир и грязь почти не отходят.

В сказке П. П. Ершова «Конёк-горбунок» вода «варёная», то есть горячая, предлагалась для омоложения. Ну, омоложение – дело сказочное, а вот не пригодится ли эта вода для стирки? Проведём опыт. Поставим вплотную друг к другу два одинаковых стакана, наполненные, один холодной водой, другой – горячей. Узкую полоску материи согнём пополам и посадим «верхом» на соприкасающиеся края стаканов. Конец полоски в горячей воде тонет гораздо быстрее! Значит, горячая вода быстрее проникает в ткань, лучше смачивает. Так она и под частицы грязи лучше проникнет. Люди давно уже догадались мыться и стирать в горячей воде. Это помогает, но не очень хорошо. Особенно при мытье: ведь бельё можно кипятить, а сам-то в кипяток не полезешь, это мог только Иванушка-дурачок, царь же «бух в котёл – и там сварился!» Для улучшения смачивающих свойств воды использовали разные средства: особые сорта глины, отвары из корней и плодов некоторых растений и многое другое. Но всё это плохо помогало. Полезным изобретением оказалось мыло. Так вот, мыльная вода смачивает гораздо лучше, она «пролезает» под частицы жира, обволакивая их. А уже в 20 веке изобретены стиральные порошки, пасты, жидкости, изготовляемые из нефтепродуктов. Их сокращённо называют СМС синтетические моющие средства. Чтобы проверить их смачивающее действие, предлагаем дома провести опыт с двумя стаканами, только во второй стакан налейте не горячую воду, а тоже холодную, добавив в неё несколько капель любого СМС.

7. Командам раздаются карточки с вопросами, даётся 30 секунд на размышление, заслушиваются ответы. Если отвечающая команда не может дать полный ответ, это может сделать любая команда, знающая правильный ответ, что приносит её дополнительные очки. Если ни одна команда не может дать полный правильный ответ, его дают члены «научного совета», заранее подготовленные учителем. Оценивают ответы, дают дополнительные баллы тоже члены «учёного совета» под руководством учителя.

8. После 2-3 вопросов предлагаем провести опыт. В две одинаковые колбы вставить пробки с узкими трубками, колбы переворачивают трубками вниз, концы которых опускают в стаканы с подкрашенной водой. Донышки колбочек смачиваются одно водой, другое – спиртом. Ребятам, предлагается определить, какая колба смачивается водой и почему.

9. Задаются оставшиеся вопросы, подводятся итоги. Команда, набравшая наибольшее количество баллов, получает отличную оценку за урок.

Вопросы:

1. В каком случае из крана самовара падает более тяжёлая капля воды: когда вода горячая или когда остынет?
2. Почему, если дохнуть на руку, получается ощущение тепла, а если дунуть, то ощущение прохлады?
3. Может ли лёд быть нагревателем?
4. Как известно, вода имеет гораздо большую теплоту парообразования, чем спирт. Значит, пролитая на руку вода, испаряясь, должна сильнее охлаждать руку, чем пролитый на руку спирт. В действительности всё происходит наоборот. Почему?
5. Мокрый предмет замерзает на морозе сильнее, а между тем, когда начинаются морозы, влажная почва промерзает вглубь меньше, чем сухая. Почему?
6. В одном случае для скорейшего таяния снега на тротуары сыпят соль. В другом – для получения низких температур снег смешивают с солью в соотношении 2:1. Получается, что в первом случае соль вызывает нагревание, а во втором – охлаждение. Так ли это?
7. В 1860 г. В Индии упал метеорит, прочертив на небе огненный след. Раскалённое до бела тело упало в болото. Каково же было удивление людей, когда на месте падения метеорита они обнаружили глыбу льда: небесный огонь принёс лёд в знойную Индию?
8. Известно, что с понижением давления температура кипения воды так же уменьшается. Поэтому с целью экономии топлива выгодно в кухонных кастрюлях откачивать воздух. Однако этого никто не делает. Почему?
9. Температура кипения зависит от давления над поверхностью воды прямопропорционально. Однако, в закрытой кастрюле вода закипает быстрей, чем в открытой, где давление над поверхностью ниже.
10. Если одну сосульку опустить в замерзающую воду, а вторую в раствор поваренной соли той же температуры, то через несколько минут диаметр первой увеличится, а второй уменьшится. Почему?
11. Какое значение в природе имеет большая удельная теплота плавления льда? Что происходило бы весной, если удельная теплота плавления была бы не 333, а 11,7кДж/кг как у ртути?

Задача: Оцените, во сколько раз быстрее произойдёт таяние «ртутного» льда весной.

12. Будут ли затоплены материки мировым океаном, если весь, плавающий в нём лёд растает?
13. Теплопередача происходит, если между телами есть разность температур. Почему испаряется вода в блюдце, имеющая температуру воздуха? Ведь для испарения воды необходимо количество теплоты, которое вода получить не может. Как же происходит испарение?
14. В две одинаковые кастрюли налито равное количество воды одинаковой температуры, в одну кипячёной, в другую сырой. В какой кастрюле вода закипит быстрее?

Задача домой: Оцените скорость, с которой должна лететь муха, чтобы после удара о стену от неё не осталось «мокрого места».

Ответы:

1. Поверхностное натяжение у горячей воды меньше, поэтому вес капли, удерживаемой этой силой меньше.
2. Когда дышишь, то водяной пар, попадающий на руку, конденсируется, выделяя тепло. Когда дуем, создаём ветер, ускоряющий испарение, и температура понижается.
3. Да, если температура окружающей среды меньше температуры льда.
4. Спирт испаряется быстрее, чем вода и в единицу времени поглощает больше тепла, которое отнимает у руку.
5. При замерзании влажной почвы выделяется значительное количество теплоты, которое идёт нагревание почвы.
6. Солёная вода замерзает при более низкой температуре. Поэтому при добавлении соли происходит быстрое таяние льда, при этом энергия затрачивается и в том и в другом случаях.
7. При падении метеорита происходило нагревание при трении о воздух, следовательно, происходило таяние льда, но из-за огромной массы весь лёд не успел растаять.
8. При низкой температуре кипения не будут провариваться продукты, поэтому откачивать воздух из кастрюли нецелесообразно.
9. С открытой поверхности происходит испарение воды, поэтому температура воды в кастрюле понижается, и вода, в открытой кастрюле, будет закипать дольше, чем в закрытой.
10. В замерзающей воде сосулька является центром кристаллизации, и её диаметр будет увеличиваться. Поскольку температура замерзания соляного раствора ниже, чем у воды, он не кристаллизуется, более того, сосулька начинает растворяться.
11. Благодаря большой теплоте плавления льда, таяние снега происходит весной постепенно, и талая вода успевает впитаться в почву, что благоприятно для будущего урожая. Уменьшение теплоты плавления привело бы к резкому увеличению паводка весной, что вызвало бы наводнение, вода не успела бы впитаться в почву, это повлекло бы за собой пересыхание почвы летом.

Задача: Чем больше удельная теплота плавления, тем больше времени будет затрачено на плавление льда, так как удельная теплота плавления ртути приблизительно в 30 раз меньше, чем у льда, то и время на плавление «ртутного льда» будет затрачено во столько же раз меньше.

12. Вес льда, плавающего в океане, равен весу воды, получившейся из него в результате таяния, следовательно, весу воды в объёме погружённой части льда. Поэтому, если плавающий лёд растает, то уровень мирового океана не изменится.
13. В жидкости, при любой температуре, имеются как более «быстрые», так и более «медленные» молекулы. С уходом «быстрых» средняя скорость оставшихся уменьшается, уменьшается и температура жидкости. Становится возможным теплообмен.
14. Сырая вода закипит быстрее, так как в кипячёной меньше растворённого воздуха.

Домашняя задача: Можно считать, что муха состоит из воды. Кинетическая энергия мухи будет равна сумме количества теплоты, затраченных на нагревание воды от комнатной температуры 20 градусов до кипения, и на парообразование. Произведя необходимые расчеты, получаем, что муха должна лететь со скоростью2300м/с.