Методика изучения тепловых явлений

При изучении раздела «Тепловые явления» опираются на сведения из молекулярной физики, полученные учащимися в курсе физики 7 класса. Изложение материала всего раздела строится на использовании представлений о молекулярном строении вещества, но при этом широко используется и энергетический подход к объяснению многих тепловых явлений.

Анализ структуры и содержания раздела «Тепловые явления», показывает, что темы данного раздела включают систему понятий, формирование которых имеет важное мировоззренческое и политехническое значение. К ним относятся понятия о: 1) физическом явлении: плавление и отвердевание, испарение и конденсация, теплопроводность, конвекция, излучение, кипение; 2) физической величине: внутренняя энергия, температура, количество теплоты, удельная теплоемкость вещества, удельная теплота плавления, парообразования, сгорания, КПД теплового двигателя;

3) физическом законе: законы сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах, уравнение теплового баланса.

Анализ литературы по методике преподавания физике, в частности, по методике преподавания рассматриваемой темы, показывает, что при формировании у школьников многих сложных и абстрактных понятий нужно идти по пути самого широкого использования демонстрационного и лабораторного эксперимента, решения задач, привлечение примеров из жизни и быта, природы и производства.

Если исходить из проблемно-деятельностного подхода к формированию основных понятий темы, то рассматриваемые вопросы следуют излагать в одной теме, изменив ее структуру. На мой взгляд, она должна быть следующей:

1. Первоначальные понятия темы: тепловое движение, температура, внутренняя энергия, способы ее изменения.

2. Энергия топлива. Количество теплоты. Удельная теплоты сгорания.

3. Передача теплоты. Способы теплопередачи.

4. Экспериментальное исследование изменения состояния вещества при его нагревании и построение графика зависимости температуры от времени нагревания (от количества теплоты).

5. Удельная теплоемкость вещества. Расчет количества теплоты при нагревании (охлаждении).

6. Удельная теплота плавления. Расчет количества теплоты при плавлении.

7. Удельная теплота парообразования. Расчет количества теплоты при кипении.

8. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

9. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар.

10. Работа газа и пара при расширении. Тепловые двигатели и их КПД.

Основные изменения в структуре: все тепловые процессы (нагревание – охлаждение, плавление – кристаллизация, парообразование - конденсация) изучаются одновременно сначала на уровне определения этих явлений и их графического изображения на уроке экспериментального исследования изменения состояния вещества при его нагревании, а затем каждый процесс рассматривается подробно, с установлением соответствующих формул расчета количества теплоты. Такая последовательность изучения материала позволяет осуществить:

1) более наглядное сопоставление тепловых процессов: нагревание, плавление, парообразования;

2) выполнение учащимися действий «Распознавание тепловых процессов» по графикам зависимости t°C (t мин) или t°C (Q) и «Воспроизведение формул (Q= cm(t2 - t1), Q=mλ, Q=mL)» на тех же графиках (см. дидактический материал в конце статьи).

3) Использование графического изображения тепловых процессов при выполнении лабораторных работ и решении задач по изучаемой теме.

Предлагается проводить серию опытов, которые демонстрируются как проблемные при введении новых для учащихся понятий: удельной теплоемкости, удельной теплоты плавления, удельной теплоты парообразования, удельной теплоты сгорания.

Для введения понятия удельной теплоёмкости вещества наливают в пробирки одинаковые массы воды и растительного масла. С помощью термопары (можно самодельной: нихром – медь) и зеркального гальванометра показывают, что первоначальная температура обеих жидкостей приблизительно одинакова. Затем обе пробирки помещают в предварительно нагретые пробирконагреаватели (или в стакан с горячей водой) и примерно через 1-2 минуты снова измеряют температуру воды и масла. Опыт показывает, что температура у них изменилась по-разному. Учащимся предлагается сделать вывод. В итоге обсуждения результатов опыта и вводится понятие удельной теплоемкости вещества.

Аналогичным образом водится понятие удельной теплоты плавления. Для проведения опыта по сравнению удельной теплоты льда и гипосульфита необходимо взять одинаковое количество льда (при 0°C) и гипосульфита (при 48°C), предварительно нагретых до температуры плавления. Затем пробирку со льдом и гипосульфитом одновременно помещаем в стакан с нагретой водой. Лед в стакан с водой при температуре t1, а гипосульфит при температуре t2=t1+48°C. (Чтобы сообщить им одинаковое количество теплоты). Через некоторое время замечают, что гипосульфит расплавился, а лед еще нет. На основе этого опыта учащиеся делают вывод о том, что для плавления одинаковых количеств льда и гипосульфита, взятых при температуре плавления, требуется разное количество теплоты, таким образом, вводится понятие об удельной теплоте плавления. (Целесообразно опыт проводить как лабораторный).

Тепловое движение
Все тела состоят из молекул, которые находятся в непрерывном движении. При повышении температуры скорость движения молекул увеличивается, при понижении уменьшается. Следовательно, температура тела зависит от скорости движения молекул. Явления, связанные с нагреванием и охлаждением тел называются те ...

Вальдорфская педагогика
Вальдорфская педагогика — это своеобразная форма обучения, развившаяся в Германии. В 1919 г. рабочие табачной фабрики Вальдорф Астория (отсюда и название) в Штутгарте вместе с директором фабрики предложили немецкому ученому Рудольфу Штейнеру (1861-1925) создать школу для их детей. Р. Штейнер, после ...

Дифференцированные формы умственной отсталости
Наследственно обусловленные формы Болезнь Дауна Наиболее часта форма хромосомной аномалии. Популяционная частота – 1: 700. Выделяют три цитогенетических варианта: регулярная трисомия по 21-й хромосоме (до 93 % всех случаев болезни Дауна), несбалансированная транслокация с участием 21-й хромосомы и ...