Цель урока: исследовать теоретически и экспериментально явления нагревания и охлаждения, таким образом получить как можно больше информации об этих явлениях.
Задачи урока:
- Образовательные:
- раскрыть прямую пропорциональную зависимость Q
от c; m;
t; - научиться читать и анализировать графики Q от t, мин. и to C от t, мин, а также построить график to C от t, мин. для охлаждения воды;
- отработать основные этапы деятельности при использовании метода наблюдения;
- выделить значение средств экспериментального исследования (приборов) в процессе познания;
- начать работу по формированию исследовательского подхода при чтении, объяснении, построении графиков;
- подчеркнуть межпредметные связи между математикой и физикой.
- раскрыть прямую пропорциональную зависимость Q
от c; m;
- Развивающие:
- работать над формированием исследовательского подхода к изучаемым явлениям. Показать два вида исследовательской деятельности на уроке: теоретическое и экспериментальное исследование;
- продолжить работу по формированию умений ставить цели перед началом работы и делать выводы по её окончанию;
- формировать культуру эксперимента у учащихся;
- учить детей задавать вопросы во время постановки опыта и его объяснении;
- учить анализу, сравнению, обобщению, синтезу.
- Воспитательные:
- показать значение причинно-следственных связей в познании явлений;
- воспитывть коммуникативность при работе в группах.
Оборудование:
- Два штатива.
- 5 термометров.
- 4 стеклянных огнеупорных колбы.
- Сухое горючее.
- Спички.
- Чайник с горячей водой.
- Линейка и треугольник для работы на доске.
- Указка.
- Мензурка.
- 3 набора на стойках из картона для организации групповой работы (Приложение 2, Приложение 3).
- На каждого ученика лист с осями координат для графика.
- Инструкция по технике безопасности
- Описание техники проведения эксперимента, этапы, контрольные вопросы.
- Отдельно железное “плато” штатива.
- Два деревянных бруска.
- Подкрашенная (КМnO4) вода.
- Экран фоновый.
I. Учитель подводит итог лабораторной работы по сравнению количеств теплоты при смешивании воды разной температуры, которая была выполнена на предыдущем уроке:
– Какие явления мы изучали на лабораторной работе? (Явления нагревания холодной воды и охлаждения горячей воды.)
II. Учитель: Продолжим разговор об этих явлениях – нагревании и охлаждении, но введем еще один способ описания процессов – графический.
На доске написано:
Q = ± c . m .
Q = ± c . m . ( t2° – t1°) |
Учитель:
– Прочитайте эти выражения в буквенном
варианте и смысловом.
– Сравните, чем отличаются записи. Объясните
значение знаков “+” и “–”.
– Назовите буквы и физические величины, входящие
в формулы.
– Дайте определение удельной теплоемкости
вещества.
Учитель предлагает провести теоретические рассуждения:
– Если Q > 0, это значит, что t ° >
0, так как и с и m всегда положительные числа (t ° >
0, если t2° – конечная температура
больше t1° – начальной температуры),
то есть идет нагревание, и система тел поглощает
энергию.
– Q < 0, если t2° меньше t1°, то есть
система тел охлаждается, и энергия выделяется в
окружающее пространство .
При беседе учитель особо подчеркивает:
– В каком направлении идет теплообмен? (Теплообмен
идет от более нагретого тела к менее нагретому
телу.)
– В какой зависимости находятся между собой
параметры в данной формуле Q ~ m ; Q ~ с ; Q ~ t °? (Все
зависимости прямые пропорциональности.)
– Вспоминаем единицы измерения всех физических
величин и открываем учебник на странице 21, где
напечатана таблица удельной теплоемкости
вещества.
Работа с таблицей, проговаривание физического смысла “с” для воды, стекла, масла, алюминия, меди, железа.
III.
Учитель: Продолжаем исследование, опираясь на наблюдения из жизни, например с вашей кухни:
В два новых одинаковых чайника налили 1 литр и 2 литра воды. В каком чайнике вода быстрее закипит, при одинаковых горелках, если первоначально вода была одной температуры, равной 20° С?
Один ученик отвечает: Так как чайники новые и одинаковые, а в чайнике № 2 воды в два раза больше то и количество теплоты Q2 в два раза больше, чем Q1 . Значит раньше закипит вода в чайнике № 1.
Второй ученик пишет на доске:
| Если c1 = c2 = c p1 = p2 t 1°
= t 2°
=
t°m2 = 2 m1 то Q1 = c . m1 . t °Q2 = 2 c . m1 . t °Значит Q2 > Q1 в два раза и тогда вода закипит раньше в 1 чайнике. |
Учитель просит сравнить ответы и проанализировать их, отмечает краткость первого ответа и логическую стройность и убедительность второго, хвалит за наблюдательность и умение логически и последовательно вести теоретическое исследование – доказательство.
IV. Опыт 1
– А теперь обратимся к опыту на столе:
В две одинаковые колбы налили вдвое отличающееся количество подкрашенной воды. В колбу №1 – 2 мерных стаканчика, в колбу № 2 – 1 мерный стаканчик.
Учитель предлагает составить задачу по опыту и задать вопросы вслух; выбирает лучший вопрос:
– Если температура воды в начале опыта в колбах
одинакова, то при получении одинакового
количества теплоты Q , в какой колбе через 1 минуту
температура воды станет больше? (В колбе № 2, так
как: Q = c . m .
t °
Анализ :
1) c1 = c2 = c;
2) m1 = 2m2;
3) Q1 = Q2
следовательно
c1 . m1
. t1 ° = c2 .
m1 /2 . t2
° ; сокращаем на с1 и на m1 получим
t1°
= t2°/2
То есть в колбе № 2 температура t2° в два раза больше, чем в колбе № 1.
Обращаю внимание, что нами проведено еще одно теоретическое исследование.
V. Опыт 2.
На демонстрационном столе
В стеклянной колбе нагрели воду на 20о С. Масса колбы равна массе воды. Одинаковое ли Q получат колба и вода за одинаковое время? Прошу провести анализ:
Условия m1 = m2; t1°
= t2°/
Но вещества разные:
- стекло c1 = 840 Дж/кг о С.
- вода c2 = 4200 Дж/кг о С.
| Q1 = c1 .
m1 . t1
° Q2 = c2 . m2 . t2
° |
Так как нагрев происходил за одинаковое время, то количество теплоты зависит только от c.
Q ~ c
Вывод: Чем больше c, тем больше Q. Вода получит большее количество теплоты, чем стекло за одно и то же время. Выразим эту зависимость графически.
VI. Перед тем, как начать строить график, вспомним табличное задание функции:
|
|
Графики у1 = 2х и у2 = 4х имеют разные коэффициенты: к1 = 2; к2 = 4, и чем больше К, тем больше угол наклона графика к оси абцисс.
Для нашего опыта:
Ученик у доски
сравнивает:
Q2 > Q1
Так как Q ~ c и у нас
c1 – для стекла;
c2 – для воды;
график I соответствует стеклу, график II – воде.
Остается только подписать над прямыми
соответствующие им уравнения.
Вывод: Чем больше с, тем круче график, в системе Q = Q( t ).
Примеры из жизни:
- Течение Гольфстрим.
- Летом вода в трубах на даче теплая.
VII. Используем полученные знания для решения задачи № 1000 из сборника задач Лукашика:
В алюминиевом чайнике нагрели воду и потерями
тепла в окружающую среду пренебрегаем.
Построим графики Q = Q( t ), полученной чайником и
водой. Какой график для воды, какой график для
алюминиевого чайника?
Ответ: График I – для чайника, график II – для воды.
VIII. Опыт 3
На демонстрационном столе:
Начальные температуры жидкостей одинаковы.
cмасла = 1700 Дж/кго С;
cводы = 4200 Дж/кго С;
m1 = m2 ; Q1 = Q2.
Температура какой жидкости станет больше, если они получили одинаковое количество теплоты за одно время?
Два ученика проводят опыт: измеряют температуры; через 1,5 минуты – t о масла = 70о С, t о воды = 52 о С
Вывод: Температура масла больше температуры воды доказано опытом.
Теоретическое доказательство опыта:
c = 
если m1 = m2 и Q1
= Q2, , то от этих параметров зависимость не
берем
c ~ 1 /
Это обратнопропорциональная зависимость, что
означает, что чем больше c, тем
меньше разность температур и наоборот, чем
меньше c тем больше разность
температур. По таблице теплоемкость масла меньше
теплоемкости воды, а по опыту разность
температур t ° масла больше
t°
воды, значит теория подтверждает практику.
IX. Решаем задачу № 1001 из сборника задач Лукашика.
На одинаковых горелках
нагрели воду, железо, медь равной массы.
Графики построены
- для воды c = 4200 Дж/кгоС;
- меди c = 400 Дж/кгоС;
- железа c = 460 Дж/кгоС.
Для какого вещества каждый график, если потери некоторого количества теплоты в окружающее пространство не учитывались?
Ответ: Мы знаем, что зависимости
теоретической t ° С от t мин (температуры от
времени) – нет. Рассуждаем так: “Из точки на оси
времени восстанавливаем перпендикулярдо
пересечения с графиками I, II, III. Сравним
температуры t3 > t2 > t1, а так как c ~
1 / t
°, то c3 < c2
< c1 – 400 < 460 < 4200.
Вывод: Чем больше удельная теплоемкость вещества, тем ближе график к оси абсцисс (в системе toC – t мин), значит I – для воды, II – для железа, III – для меди.
Х.
– А теперь найдите на столе черновик для таблицы и лист для построения графика с осями координат. Цель работы: объединиться в 3 группы и каждой группе построить график зависимости toC от t мин для охлаждения воды.
– Распределяем в группах обязанности (готовим стойки – см. Приложение 2, Приложение 3). Наблюдаем, снимаем показания и заполняем таблицу.
| toC | |||||
| t мин |
– Снять не менее 5 показаний через 2 минуты, чем больше результатов, тем точнее график.
Всего работают три группы и при всей
видимости одинаковых условий эксперимента (о чем
учитель предварительно не сообщил ученикам),
имеем: в первой группе – колбу с водой, которая
стоит на железной подставке от штатива; во второй
группе – колба стоит на двух сложенных вместе
деревянных брусках, а в третьей группе – колба
практически висит в воздухе, так как закреплена
на штативе.
Графики получатся разные, но школьники пока об
этом не догадываются! Это проблемная ситуация к
следующему уроку: объяснить почему графики
разные, если воду налили из одного сосуда для
всех трех групп, то есть начальные условия
эксперимента – одинаковые.
XI. Домашнее задание
– Построить график по результатам эксперимента.
XII. Итог урока
Ученики сделали вывод по уроку, познакомились с графическим представлением явлений нагревания и охлаждения, строили графики, изучали теоретически, а также вторым способом исследований – экспериментально.
– Спасибо за урок.
Все получат отметки за график и за ответы.