Тема урока: «Температура. Тепловое равновесие».
Тип урока: урок изучения нового материала
Цели урока: (Приложение 1, слайд 2)
- обеспечить усвоение учащимися знаний о температуре и тепловом равновесии;
- продолжить развитие умения работать с физическими приборами и проводить эксперимент;
- ввести понятие абсолютного нуля температур;
- внести вклад в развитие мышления, творческой активности, познавательного интереса учащихся.
Задачи урока:
- сформулировать понятие о температуре;
- углубить и закрепить знания учащихся по теме;
- обеспечить усвоение учебного материала учащимися в процессе активной информационно-мыслительной деятельности с разными источниками информации изучения нового материала;
- способствовать формированию умений применять полученные знания в новой ситуации;
- внести вклад в развитие коммуникативных способностей учащихся;
- развивать интерес к предмету;
- воспитывать в детях стремление к овладению знаниями, к поиску интересных фактов.
Форма работы: индивидуально-групповая
Оборудование:
- Динамометр
- Мензурка
- Весы с разновесами
- Стакан с водой
- Алюминиевый цилиндр
Учебно-наглядный комплекс:
- Учебник по физике «10 класс» Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. М,:Просвещение,2005.
- Презентация в Microsoft Power Point (Приложение 1)
- Компьютер, экран, мультимедиапроектор.
- Электронное издание – 1С. Физика 7-11 классы из серии» Библиотека наглядных пособий».
План урока.
1. Организационный момент, мотивационная основа
урока.
2. Решение экспериментальной задачи
3. Изучение нового материала
4. Закрепление знаний.
5. Подведение итогов урока
6. Домашнее задание
ХОД УРОКА
1. Организационный момент. Мотивация
Учитель. Вы уже знаете, что каждое физическое тело обладает температурой. Прежде чем мы выясним более подробно, что такое температура и с чем она связана решим экспериментальную задачу.
(Приложение 1, слайд 3)
2. Решение экспериментальной задачи
Учитель. Рассчитайте число атомов в
алюминиевом цилиндре по формуле: N = 
Nа
Для этого используйте имеющиеся у Вас измерительные приборы ( мензурка, стакан с водой, динамометр, рычажные весы). Посмотрите внимательно и скажите, все ли физические величины необходимо находить экспериментально?
Учащиеся. Нет. Число Авагадро постоянная величина 6 * 1023моль–1. Молярная масса берется из таблицы Менделеева. Для алюминия она равна 27 * 10–3кг/ моль.
Учитель. Таким образом, нам необходимо найти только массу. Предложите разные методы определения массы.
Учащиеся.
1) Определить массу на рычажных весах;
2) Определить вес тела с помощью динамометра, а
затем по формуле рассчитать массу: m = 
, g = 9,8 м/с2;
3) Определить объем цилиндра с помощью мензурки, затем зная плотность алюминия p = 2700 кг/м3рассчитаем массу по формуле m = V . p.
Учитель. Проводите экспериментальные исследования, находите массу цилиндра и рассчитывайте число атомов.
Учащиеся делятся на 3 группы и каждая одним из предложенных способов находит массу и рассчитывает число атомов алюминиевого цилиндра.
Учитель. Почему при разных экспериментальных методах искомая величина практически одинаковая? С чем связано количественное расхождение?
Учащиеся делают вывод.
3. Изучение нового материала
Проблема. Если цилиндр погрузить в горячую воду изменится ли число атомов? (Далее обсуждение учащихся)
Учитель. Почему у Вас такие противоречивые ответы? Давайте вместе разберём, что происходит с цилиндром. Опускаем в горячую воду цилиндр, трогаем его. Что с ним произошло?
Учащиеся. Цилиндр нагрелся.
Учитель. А это значит, изменилось внутреннее состояние тела. Любое тело может быть холодным, теплым, горячим. Наш цилиндр стал горячим, поэтому можно сказать у него изменилась температура.
(Приложение 1, слайд 4)
Температура характеризует степень нагретости тела. Следовательно, температура должна повлиять на число атомов и оно изменится, либо температура никак не влияет и число атомов не изменяется. Так ли это проверим.
Проблема: влияет ли температура на число атомов? Цилиндр в воде, что можно сказать о температуре воды и цилиндра?
Учащиеся. Температура одинаковая
Учитель. Температура характеризует состояние теплового равновесия.
Работа с учебником. $ 66 стр. 175. Что называется тепловым равновесием?
Учащиеся. Тепловым равновесием называется такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.
Учитель. О каких макроскопических параметрах идет речь?
Учащиеся. Не меняется V, P, не происходит теплообмен, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей, твердых тел.
Учитель. При тепловом равновесии все тела
имеют одну и ту же температуру.
Для измерения температуры можно воспользоваться
изменением любой макроскопической величины в
зависимости от температуры: объем, давление, но
чаще всего на практике используют зависимость
объема жидкости (спирт, ртуть) от температуры.
(Приложение 1, слайд 5) Термометр – прибор для измерения температуры.
(Приложение 1, слайд 6) Еще в древности было замечено, что состояние человека или другого тела связано с теплотой. Первый праобраз термометра – термоскоп был изобретен итальянским ученым Галилео Галилеем в 1592 году. У него не было шкалы. Принцип действия был основан на расширении жидкости при нагревании.
(Приложение 1, слайд 7)
Для введения шкалы температур были необходимы точки с фиксированной температурой, но попытки многих ученых не приводили к успеху, шкалу не удавалось создать. В таком виде термоскоп Галилея просуществовал до 1657 года. В этом самом году флорентийские ученые немного усовершенствовали термоскоп – они добавили к нему шкалу из бусин и откачали из шарика воздух.
(Приложение 1, слайд 8) В 1724 году Даниэль Габриэль Фаренгейт создал шкалу, которая до сих пор используется для записи поверхностных температур метеорологами США и Англии.
(Приложение 1, слайд 9) В 1730 году французский физик Р. Реомюр предложил спиртовой термометр с постоянными точками таяния льда (0°R) и кипения воды (80 °R).Этой шкалой пользовались в России до октябрьской революции.
(Приложение 1, слайд 10) Примерно в это же время шведский астроном Андерс Цельсий использовал ртутный термометр Фаренгейта с собственной шкалой, где температура кипения воды была принята за 0 градусов, а таяния льда – за 100 градусов.
(Приложение 1, слайд 11) Позже шкала Цельсия была изменена и за температуру таяния льда взяли 0 градусов, а за температуру кипения воды 100 градусов. В настоящее время существует связь между шкалой Цельсия и шкалой Фаренгейта: 1,8 С + 32 = F
Посмотрите на плакат в ней шкала Цельсия и Фаренгейта, температура кипения воды 212 оF, а температура плавления льда 32оF.
(Приложение 1, слайд
12) В настоящее время используют спиртовые,
ртутные, электрические термометры, в которых
колебания температур составляет 0,000001 С.
Термометр позволяет измерить как весьма низкие
температуры, так и высокие. Принцип работы всех
термометров основан на тепловом расширении(
изменении макроскопических параметров).
Вернемся к цилиндру, если происходит расширение
макроскопических параметров в жидкостях, то оно
происходит и в твердых телах, газах. Что
изменилось в цилиндре при расширении?
Учащиеся. Увеличился объем.
Учитель. За счет чего происходит увеличение объема?
Учащиеся. За счет молекул, которые расширяются.
Учитель. А плотность, масса как при этом изменяются?
Учащиеся. Плотность уменьшается, а масса не изменится
Учитель. Все верно раз масса не изменится, значит число атомов также не изменится. Проблема решена. А как будут вести себя молекулы газа с увеличением температуры?
Учащиеся. С увеличением температуры молекулы движутся быстрее, их скорость увеличивается.
(Приложение 1, слайд 13).
Учитель. Если мы говорим о скорости, то
должна быть связь с температурой. Выясним это.
Известно, что при тепловом равновесии
температура одинаковая, давление, объем
фиксированные величины, а значит должна быть еще
одна величина, которая тоже остается неизменной
и связанной с температурой. Докажем это.
Работа с учебником $ 67 стр. 177. При тепловом
равновесии именно средняя кинетическая энергия
молекул всех газов одинаковая. Это
предположение. Определить кинетическую энергию
довольно сложно, но если используем формулу
основного уравнения МКТ, то тогда
(Приложение 1, слайд 14) Доказательство.
Ек – одна и та же величина для всех газов в состоянии теплового равновесия, то величины: P, V, N должны быть также одинаковыми для всех газов. Обратимся к опыту.
(Приложение 1, слайд 15) Водород, гелий, кислород помещены в тающий лед, установлено тепловое равновесие 0оC. Температура плавления льда. Взяты значения для водорода при температуре плавления получилась величина равная 3,76*10–21 Дж. При температуре кипении 5,14*10–21Дж. В результате температура выражена в энергетических единицах, но мы привыкли измерять температуру в Цельсиях.
(Приложение 1, слайд 16)
Учитель.Это соотношение позволяет ввести абсолютную шкалу температур.
Работа с учебником $ 68.
Что является абсолютной шкалой температур? Что
называется абсолютным нулем температур?
Предельную температуру, при которой
давление идеального газа обращается в нуль при
фиксированном объеме или объем идеального газа
стремится к нулю при неизменном давлении,
называют абсолютным нулем температуры.
Эту температуру установил английский ученый
Вильям Томсон (лорд Кельвин) получил титул за
научные труды.
(Приложение 1, слайд 17) Теоретические выводы с разным нулем температур усложняли вычисления, в 1848 году с произволом в выборе нуля отсчета температуры на шкалах термометров было покончено английским физиком Вильямом Томсоном (Лордом Кельвином). Абсолютная температура «Т» связана с температурой по шкале Цельсия
Т = t + 273(оК), 1оC= 1оК
(Приложение 1, слайд 18)
Учитель. Рассмотрим таблицу. Абсолютный нуль температур составляет – 273 оC.
Т = 0оК – прекращается тепловое движение молекул.
(Приложение 1, слайд 19)
Молекулы при столкновении быстро движущие уменьшают скорость, а молекулы медленно движущие увеличиваю скорость. При бесчисленном столкновении средняя кинетическая энергия молекул выравнивается и при тепловом равновесии имеет одно и тоже значение. Температура в Кельвинах, энергия в Джоулях много ошибок в вычислении, поэтому встала необходимость ввести коэффициент, который связал бы эти две величины .Этим коэффициентом является постоянная Больцмана к = 1, 38* 10–23Дж/К, названная в честь австрийского ученого Людвига Больцмана основателя молекулярно-кинетической теории газов. Е = 3/2 к Т
(Приложение 1, слайд 20) Температура – мера средней кинетической энергии молекул.
Таким образом, между температурой и средней кинетической энергией существует связь, то эта связь справедлива и для жидкостей, и молекул твердых тел колеблющихся на месте. И, вообще, если молекулы движутся и подчиняются законам механики Ньютона, то температура всегда связана со средней скоростью молекул. А значит, при тепловом равновесии температура неизменная величина и кинетическая энергия также неизменна.
4. Закрепление знаний (Приложение 1, слайд 21)
1. Что характеризует температура?
2. Как измерить температуру тела?
3. Что называется тепловым равновесием?
4. Что можно сказать о температуре тел,
находящихся в состоянии теплового равновесия?
5. Каков принцип действия жидкостных термометров?
6. Что называется абсолютным нулем температур?
7. Почему показания разных жидкостных
термометров при измерении температуры одного и
того же тела могут различаться?
5. Подведение итогов
6. Домашнее задание: параграф 66-68 (Приложение 1, слайд 22)
– Спасибо за урок. (Приложение 1, слайд 23)