Тепловые явления

  Важнейшей особенностью указанной темы является то, что она значительно менее наглядна, чем другие темы (механические, давление жидкостей и газов, простые механизмы). Это означает, что особое внимание надо уделить развитию  физической интуиции учеников. А это и есть , по существу, одна из важнейших целей изучения  физики. Ученик умеющий решать задачи по физике, отличается от не умеющего как раз тем, что у первого сформировалась физическая интуиция: благодаря  ей он  наглядно представляет себе изложенную в условии задачи ситуацию и может делать осмысленные  шаги по  ее преобразованию на пути к решению. Ученик же с неразвитой физической интуицией не представляет себе описанную в условии   задачи ситуацию, поэтому   может действовать только формально, подставляя так и эдак ничего не говорящие ему числа в столь же «немые» формулы. К успеху такая «стратегия»  не ведет.

    Эффективный путь развития физической интуиции  учеников по моему мнению, это изучение с ними ключевых ситуаций. При использовании метода  ключевых ситуаций решение  задачи становится не  самоцелью, а естественным средством поиска ответов на понятные и наглядные вопросы. И тогда задачи начинают решаться «сами собой».

   Ниже покажу примеры решения задач на тему «Внутренняя энергия и удельная теплоемкость». Самое удивительное свойство внутренней  энергии — ее «масштаб» по сравнению с привычным «масштабом» механической энергии. Например суммарная кинетическая энергия теплового движения молекул в трехлитровой банке воды при комнатной температуре численно равно работе, которую нужно совершить, чтобы поднять легковой автомобиль на  25 этаж а чтобы  3-литровый чайник полностью выкипел, надо сообщить воде энергию, которой  хватило бы, чтобы поднять груженый самосвал на тот  же 25-й этаж. Это важное свойство внутренней энергии надо раскрыть в задачах. «Ключом» к осознанию масштаба внутренней энергии может стать «механический эквивалент»  внутренней энергии. Заодно ученики вспомнят и формулу  для потенциальной энергии тела, поднятого на высоту h , и формулу для кинетической энергии. Сразу же после введения понятия удельной теплоемкости вещества предлагаю ученикам такую  задачу.

   Пример1: То, что удельная теплоемкость воды равна 4200Дж/кг С   означает, что при нагревании 1 кг воды на 1 С ей надо передать количество теплоты, равное 4200 Дж теплоты. При этом внутренняя энергия воды увеличится на ΔЕ=              4200 Дж. На какую высоту может подняться школьник, совершив работу, численно равную этому изменению энергии? Массу школьника m примите равной 42 кг.

   Решение.  При подъеме на высоту h школьник совершает работу,  равную изменению его потенциальной энергии  mgh , где  m-масса школьника.

По условию mgh=ᐃE,  откуда получаем h=ᐃE/mg=4200Дж/42кгᐧ10Н/кг=10м. Таким образом  школьник  сможет подняться на 3  этаж (например, с первого на четвертый).

   Эта задача позволяет осознать, какая большая энергия нужна для нагревания  1 л воды всего лишь на 1С.  После решения этой  задачи предложите ребятам самим найти механический эквивалент энергии, которую нужно совершить 3-литровому чайнику для нагревания его от комнатной температуры до кипения. Подскажем, это миллион  джоулей — такой энергии  хватило бы для того  чтобы поднять 10 т (3 слонов или  учеников десяти классов) на тот же  четвертый этаж.

   Пример 2.  На сколько градусов нагреется 3 кг воды, если ей сообщить 630 кДж теплоты? На какую высоту  можно поднять легковой автомобиль массой 1т, совершив работу, численно равною этому изменению  энергии?

      Решение. Для нагревания воды сообщено количество теплоты Q=cmᐃt

Находим выражение для расчета ᐃt=Q/cm=630000Дж/4200Дж/кг Сᐧ3кг=50С.

При подъеме на высоту h легкового автомобиля совершается работа mgh. По  условии  задачи mgh=E=Q.  mgh=Q     h=Q/mg.  h=63м.

   Подобные неожиданные ответы вызывают  естественный интерес и желание  изучить тему дальше.  Это выгодно отличается от тех случаев  когда при решении  задач на  теплоту ребята просто берут табличные  значения удельной теплоемкости и подставляют их в формулы с единственной  целью- получить ответ, совпадающий с ответом в  конце учебника или задачника.

   Большой по сравнению с механикой масштаб энергии в тепловых явлениях позволяет также понять, почему так долго не удавалось открыть  закон инерции (более 2000 лет). Как известно, оставалось незамеченным трение: оно проявляло себя только в нагревании тел, но из-за больших значений удельной теплоемкости вещества это нагревание было весьма незначительным.

   Описанные выше простые задачи с впечатляющими ответами помогут ученикам запомнить обозначение удельной  теплоемкости и выражение для количества теплоты при нагревании или охлаждении тела.

Литература

1. Перышкин А.В.Физика 8 класс:учеб. Для общеобразоват. Учреждений. М.Дрофа, 2009.
2. Орлов В.А., Генденштейн Л.Э. Подготовка к ГИА, 2010.

Обучение решению задач в 8-м классе методом ключевых учебных ситуаций при изучении темы «Тепловые явления»

Важнейшей особенностью указаной темы является то, что она значительно менее наглядна, чем другие темы (механические, давление жидкостей и газов, простые механизмы). Это означает, что особое внимание надо уделить развитию физической интуиции учеников. А это и есть , по существу, одна из важнейших целей изученния физики. Ученик умеющий решать задачи по физике, отличается от не умеющего как раз тем, что у первого сформировалась физическая интуиция: благодаря ей он наглядно представляет себе изложенную в условии задачи ситуацию и может делать осмысленные шаги по ее преобразованию на пути к решению.Ученик же с неразвитой физической интуицией не представляет себе описанную в условии задачи ситуацию, поэтому может действовать только формально, подставляя так и эдак ничего не говорящие ему числа в столь же «немые» формулы. К успеху такая «стратегия» не ведет.

Эффективный путь развития физической интуиции учеников по моему мнению, это изучение с ними ключевых ситуаций. При использовании метода ключевых ситуаций решение задачи становится не самоцелью, а естественным средством поиска ответов на понятные и наглядные вопросы. И тогда задачи начинают решаться «сами собой».

Ниже покажу примеры решения задач на тему «Внутреняя энергия и удельная теплоемкость». Самое удивительное свойство внутренней энергии — ее «масштаб» по сравнению с привычным «масштабом» механической энергии. Например суммарная кинетическая энергия теплового движения молекул в трехлитровой банке воды при комнатной температуре численно равно аботе, которую нужно совершмить, чтобы поднять легковой автомобиль на 25 этаж а чтобы 3-литровый чайник полностью выкипел, надо сообщить воде энергию, которой хватило бы, чтобы поднять груженый самосвал на тот же 25-й этаж. Это важное свойство внутренней энергии надо раскрыть в задачах. «Ключом» к осознанию масштаба внутренней энергии может стать «механический эквивалент» внутренней энергии. Заодно ученики вспомнят и формулу для потенциальной энергии тела, поднятого на высоту h , и формулу для кинетической энергии. Сразу же после введения понятия удеьной теплоемкости вещества предлагаю ученикам такую задачу.

Пример1: То, что удельная теплоемкость воды равна 4200Дж/кг С означает, что при нагревании 1 кг воды на 1 С ей надо передать количество теплоты, равное 4200 Дж теплоты. При этом внутреняя энергия воды увеличится на ΔЕ= 4200 Дж. На какую высоту может подняться школьник, совершив работу, численно равную этому изменению энергии? Массу школьника m примите равной 42 кг.

Решение. При подъеме на высоту h школьник совершает работу, равную изменению его потенциальной энергии mgh , где m-масса школьника.

По условию mgh=ᐃE, откуда получаем h=ᐃE/mg=4200Дж/42кгᐧ10Н/кг=10м. Таким образом школьник сможет подняться на 3 этаж (например, с первого на четвертый).

Эта задача позволяет осознать, какая боьшая энергия нужна для нагревания 1 л воды всего лишь на 1С. После решения этой задачи предложите ребятам самим найти механический эквивалент энергии, которую нужно совершить 3-литровому чайнику для нагревания его от комнатной температуры до кипения. Подскажем, это миллион джоулей — такой энергии хватило бы для того чтобы поднять 10 т (3 слонов или учеников десяти класов) на тот же четвертый этаж.

Пример 2. На сколько градусов нагреется 3 кг воды, если ей сообщить 630 кДж теплоты? На какую высоту можно поднять легковый автомобиль массой 1т, совершив работу, численно равною этому изменению энергии?

Решение. Для нагревания воды собщено количество теплоты Q=cmᐃt

Находим выражение для расчета ᐃt=Q/cm=630000Дж/4200Дж/кг Сᐧ3кг=50С.

При подъеме на высоту h легкового автомобиля совершается работа mgh. По уловии задачи mgh=E=Q. mgh=Q h=Q/mg. h=63м.

Подобные неожиданные ответы вызывают естественный интерес и желание изучить тему дальше. Это выгодно отличается от тех случаев когда при решении задач на теплоту ребята просто берут табличные значения удельной теплоемкости и подставляют их в форрмулы с единственной целью- получить ответ, совпадающий с ответом в конце учебника или задачника.

Большой по сравнению с механикой масштаб энергии в тепловых явлениях позволяет такжк понять ,почему так долго не удавалось открыть закон инерции (более 2000 лет). Как известно, оставалось незамеченным трение: оно проявляло себя только в нагревании тел, но из-за больших значений удельной теплоемкости вещства это нагревание было весьма незначительным.

Описанные выше простые задачи с впечатляющими ответами помогут ученикам запомнить обозначение удельной теплоемкости и выражение для количества теплоты при нагревании или охлаждении тела.

Литература

1. Перышкин А.В.Физика 8 класс:учеб. Для общеобразоват. Учреждений. М.Дрофа, 2009.

2. Орлов В.А., Генденштейн Л.Э. Подготовка к ГИА, 2010.

Методическая разработка выполнена учителем физики высшей категории Республики Саха (Якутия) РС(К)ОШИ

Винокуровой К.С.

г. Якутск