Цели урока:
Общеобразовательная:
- знать понятие о термодинамических параметрах;
- иметь представление о температурных шкалах и возможностях перевода их числовых значений;
- понимать необходимость введения абсолютной шкалы температур;
Развивающая:
- формировать понятие о температуре, как величине, отражающей состояние термодинамического равновесия макроскопической системы;
- формировать целостное восприятие окружающего мира.
Воспитательная:
- формировать познавательный интерес обучающихся через исторические и современные сведения об измерении температуры;
- формировать креативное мышление при описании окружающей действительности различными субъектами измеряемой среды.
Тип урока: Изучение нового материала.
Оборудование:
- термометры: жидкостные (ртутный, глицериновый, спиртовой),
- термисторы,
- газовые термометры,
- мультимедийный проектор,
- экран,
- рычажные весы,
- жетоны,
- системный раздаточный материал.
Структура урока
| № | содержание | метод обучения* | время |
| 1 | Первичное введение материала с учётом закономерностей процесса познания обучающихся | информационно-рецептивный | 5 |
| 2 | Указания обучающимся на запоминаемый материал | проблемное изложение изучаемого материала | 5 |
| 3 | Мотивация запоминания и длительного сохранения в памяти | проблемное изложение изучаемого материала | 3 |
| 4 | Актуализация техники запоминания | объяснительно-иллюстративный | 10 |
| 5 | Первичное закрепление под руководством учителя | репродуктивный | 3 |
| 6 | Контроль результатов первичного запоминания | репродуктивный | 5 |
| 7 | Систематизирующее повторение в сочетании с различными требованиями к воспроизведению с дифференцированными заданиями | исследовательский метод | 10 |
| 8 | Применение полученных знаний для приобретения новых | информационно-рецептивный | 2 |
| 9 | Рефлексия | самоанализ | 2 |
* методы обучения соответствуют классификации И.Я. Лернера и М.Н. Скаткина
Ход урока
| 1 | Первичное введение материала с учётом закономерностей процесса познания обучающихся | информационно-рецептивный | 5 |
Запись на доске (эпиграф к уроку):
"Наибольшая или последняя степень холода". (М.В. Ломоносов)
Организационный момент:
Учитель:
- Что хотел сказать этими словами великий ученый?
- Знаете ли Вы такую науку "термометрия?"
- Что такое термометр, мы знаем с малых лет. А известно ли вам, что термометрия - наука об измерении температуры - составляет целый раздел физики и уходит корнями в глубь тысячелетий?
Изобретению термометра предшествовало создание термоскопа - прибора, который отмечал изменение температуры (см. рисунок). При потеплении воздух внутри шара расширялся и вытеснял воду из шара в трубку. По изменению уровня воды и судили об изменении температуры. В XVII веке термоскопы стали изготавливать в виде герметично запаянной трубки, заполненной ртутью или спиртом. С этого момента показания термоскопов перестали зависеть от атмосферного давления. Опыты с ними стали всеобщим увлечением, ими даже украшали комнаты. Но, чтобы термоскоп стал термометром, нужно было научиться выражать его показания в виде числа, то есть изобрести шкалу. Как же это сделать? Разные ученые поступали по-разному.
Известно, что соль, смешанная со льдом, разъедает его, частично превращая в воду. При этом смесь сильно охлаждается. Исследуя это явление, американец Д. Фаренгейт обнаружил, что температура их смеси не зависит ни от количества льда, ни от количества соли, ни от температуры в лаборатории. Температуру этой смеси он и принял за 0 °F (читается: ноль градусов по Фаренгейту). Француз Р. Реомюр предложил в качестве нуля градусов принять температуру замерзания воды. Температуру кипения воды он принял за 80 °R (читается: восемьдесят градусов по Реомюру).
Проверку шкалы Реомюра выполнял шведский ученый А. Цельсий. Он, в частности, писал: "Эти опыты я повторял два года, во все зимние месяцы, при различной погоде и разнообразных изменениях состояния барометра и всегда находил точно такую же точку на термометре. Я помещал термометр не только в тающий лед, но также при сильных холодах приносил снег в мою комнату на огонь до тех пор, пока он не начинал таять. Я помещал также котел с тающим снегом вместе с термометром в топящуюся печь и всегда находил, что термометр показывал одну и ту же точку, если только снег лежал плотно вокруг шарика термометра".
Тщательно проверив постоянство температуры таяния льда, Цельсий принялся за исследование температуры кипения воды. Он, в частности, обнаружил, что она зависит от наличия примесей и внешнего давления. В горах, например, где атмосферное давление низкое, вода закипает при меньшей температуре.
Усилиями А. Цельсия и другого шведского ученого, К. Линнея, была создана шкала, которой мы пользуемся и сегодня. В ней имеются две постоянные точки: 0 °С - температура сосуществования воды и льда, 100 °С - температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Расстояние между этими так называемыми реперными точками шкалы, поделенное на 100 равных частей, называется градусом температурной шкалы Цельсия (лат. "градус" - шаг, ступень).
Таким образом, ученые XVIII века называли температурой то, что показывали их термометры. Поэтому в разных странах были приняты различные температурные шкалы. Единство измерений температуры стало возможным лишь век спустя, благодаря усилиям англичанина У. Томсона. Он вошел в историю физики тем, что ввел абсолютную шкалу температуры.
| 2 | Указания обучающимся на запоминаемый материал | проблемное изложение изучаемого материала | 5 |
На доске представлен слайд-схема:
Учитель комментирует данную схему.
Цель данной схемы заключается в том, чтобы указать (повторить) обучающимся на понятия, которые изучались ранее, то, о чем узнали сегодня, и то, что будет изучено более подробно, т.е. "абсолютная шкала температур". Кроме того, данная схема указывает место в информационном представлении "нового" понятия в структуре изучения данного раздела.
| 3 | Мотивация запоминания и длительного сохранения в памяти | проблемное изложение изучаемого материала | 3 |
Цель данного этапа: объяснить обучающимся назначение изучения абсолютной шкалы температур.
Учитель приводит пример задачи:
Известна температура некоего тела t = -27оС. Надо рассчитать давление по формуле: p = nkt.
Каков будет знак результата? Почему? Может ли такое быть?
Т.к. значение давления - величина положительная, воспользуемся шкалой, в которой нет "отрицательных" температур. Такую шкалу ввел Кельвин (У. Томсон).
| 4 | Актуализация техники запоминания | объяснительно-иллюстративный | 10 |
Учитель объясняет содержание новой темы, а обучающиеся выполняют конспект по ходу изложения материала:
Измеряемая по шкале Цельсия температура может быть как положительной, так и отрицательной, в то время как абсолютная температура всегда неотрицательна. Наименьшая температура по абсолютной шкале - это абсолютный нуль. При такой температуре P=0, что согласно МКТ возможно, если средняя кинетическая энергия молекулы равна нулю.
Таким образом, при абсолютном нуле температуры прекращается тепловое движение частиц вещества. Ниже этой температуры быть уже не может. Эта температура приблизительно равна - 273oС.
Единица абсолютной температуры называется кельвином [K].
Универсальность введения абсолютной шкалы ещё и в том, что цена деления шкалы совпадает со шкалой Цельсия:
1 К = 1oС
На рисунке указано соответствие двух температурных шкал.
Опытным путем было установлено, что при постоянном объеме и температуре давление газа прямо пропорционально его концентрации. Объединяя экспериментально полученные зависимости давления от температуры и концентрации, получаем уравнение:
р = nkT,
где - k коэффициент пропорциональности - постоянная Больцмана.
Постоянная Больцмана связывает температуру со средней кинетической энергией движения молекул в веществе. Это одна из наиболее важных постоянных в МКТ. Температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии теплового движения частиц вещества. Следовательно, температуру можно назвать мерой средней кинетической энергии частиц, характеризующей интенсивность теплового движения молекул. Этот вывод хорошо согласуется с экспериментальными данными, показывающими увеличение скорости частиц вещества с ростом температуры.
Рассуждения, которые мы проводили для выяснения физической сущности температуры, относятся к идеальному газу. Однако выводы, полученные нами, справедливы не только для идеального, но и для реальных газов. Справедливы они и для жидкостей и твердых тел. В любом состоянии температура вещества характеризует интенсивность теплового движения его частиц.
| 5 | Первичное закрепление под руководством учителя | репродуктивный | 3 |
Учитель проводит устный экспресс-опрос:
- Самая низкая температура в природе, указанная Ломоносовым? (-2730С)
- Чему равна средняя температура человека, выраженная в Кельвинах? (309,6К)
- Чему равна скорость движения молекул при абсолютном нуле? (0 м/с)
| 6 | Контроль результатов первичного запоминания | репродуктивный | 5 |
Каждому обучающемуся предлагается раздаточный материал в виде теста:
Вариант 1
| № | вопрос | варианты ответа | |
| 1 | Абсолютную температурную шкалу создал ученый | А | Паскаль |
| Б | Цельсий | ||
| В | Кельвин | ||
| Г | Фаренгейт | ||
| 2 | 50К по абсолютной шкале соответствует значению температуры по шкале Цельсия | А | 500С |
| Б | -500С | ||
| В | 2230С | ||
| Г | -2230С | ||
| 3 | Значение постоянной Больцмана | А | 1,38*10-23Дж/К |
| Б | 6,02*1023моль-1 | ||
| В | 8,31 Дж/(моль*К) | ||
| Г | 1,6*10-19кг | ||
| 4 | 273,15К соответствует состоянию | А | замерзание водорода |
| Б | кипение воды | ||
| В | таяние льда | ||
| Г | пламя горящей свечи | ||
| 5 | Мера средней кинетической энергии движения молекул - это :. | А | абсолютная температура |
| Б | давление | ||
| В | объем тела | ||
| Г | масса тела |
Вариант 2
| № | вопрос | варианты ответа | |
| 1 | Шкала, в которой нет отрицательных значений температуры, называется | А | правильной шкалой |
| Б | положительной шкалой | ||
| В | абсолютной шкалой | ||
| Г | нормальной шкалой | ||
| 2 | 150К по абсолютной шкале соответствует значению температуры по шкале Цельсия | А | 4230С |
| Б | -4230С | ||
| В | 1230С | ||
| Г | -1230С | ||
| 3 | Значение 1,38*10-23Дж/К является постоянной | А | Больцмана |
| Б | Кельвина | ||
| В | Авогадро | ||
| Г | Цельсия | ||
| 4 | 373,15К соответствует состоянию | А | замерзание водорода |
| Б | таяние льда | ||
| В | кипение воды | ||
| Г | пламя горящей свечи | ||
| 5 | Единица измерения температуры по абсолютной шкале | А | К |
| Б | F | ||
| В | C | ||
| Г | T |
После ответа обучающиеся обмениваются заданиями и выполняют взаимопроверку.
Для затрудняющихся учеников учителем выдается "подсказка": варианты ответов в обоих вариантах совпадают.
| 7 | Систематизирующее повторение в сочетании с различными требованиями к воспроизведению с дифференцированными заданиями | исследовательский метод | 10 |
Каждому обучающемуся предлагается решить самостоятельно задачи из предложенного набора задач по нарастающему уровню сложности. Вместе с задачами выдается справочник с необходимыми данными. Причём задача №9 дана с решением для тех, у кого решение задач по данной теме вызывает затруднения.
Обучающийся, решивший 3 и более задач верно, поощряется оценкой "5".
Учитель озвучивает правильные ответы задач для того, чтобы обучающиеся смогли оценить правильность своего решения.
| 8 | Применение полученных знаний для приобретения новых | информационно-рецептивный | 2 |
Учитель мотивирует обучающихся на дальнейшее изучение тем, связанных с полученными за урок знаниями:
Абсолютная температура необходима при изучении свойств состояния идеального газа, зависимостей давления и объема от температуры.
Домашнее задание:
Параграф 68 (Мякишев 10 кл), вопросы с.184, решить задачи: упр.12 № 1, 4
По желанию: доклад о вкладе ученых в развитии физики: (Цельсий, Кельвин, Больцман)
| 9 | Рефлексия | самоанализ | 2 |
Учитель, подводя итог урока, выявляет уровень усвоения данной темы.
Для этого предлагается при выходе из кабинета на рычажные весы положить на левую чашу жетон, если данная тема понятна, и на правую, если данная тема вызывает затруднения.