Методика изучения тепловых явлений на основе строения вещества

Общие теоретические сведения по теме "Тепловые явления". Разработка структуры урока для изучения нового материала по теме "Виды теплопередачи". Лабораторная работа по теме "Агрегатные состояния вещества". Урок проверки и коррекции знаний учащихся.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕМЕ «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»

1.1 Тепловое движение

1.2 Температура. Измерение температуры

1.3 Внутренняя энергия

1.4 Теплопередача

1.4.1 Теплопроводность

1.4.2 Конвекция

1.4.3 Тепловое излучение

1.5 Расчёт количества теплоты. Удельная теплоёмкость

1.6 Горение. Удельная теплота сгорания топлива

1.7 Плавление и кристаллизация. Удельная теплота плавления и кристаллизации

1.8 Испарение и кипение. Удельная теплота парообразования

2. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕМЫ «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»

2.1 Учебная программа по физике для 8 класса по теме «Тепловые явления»

2.2 Методика изучения тепловых явлений

3. РАЗРАБОТКА УРОКОВ ПО ТЕМЕ «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»

3.1 Урок изучения нового материала по теме «Виды теплопередачи»

3.2 Комбинированный урок по теме «Кипение»

3.3 Урок-лабораторная работа по теме «Агрегатные состояния вещества»

3.4 Урок обобщения и систематизации знаний по теме «Тепловые явления»

3.5 Урок проверки и коррекции знаний и умений по теме «Тепловые явления»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ A

ВВЕДЕНИЕ

«Тепловые явления» включает систему понятий, формирование которых имеет важное мировоззренческое и политехническое значение. К ним относятся: тепловое движение, внутренняя энергия, способы изменения внутренней энергии, количество теплоты, удельная теплоемкость вещества, изменение агрегатных состояний вещества (плавление и отвердевание, испарение и конденсация) их объяснение на основе молекулярно-кинетических представлений, превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Обилие понятий, которые нужно усвоить учащимся, требует тщательной разработки методики их формирования. Учитель при этом должен опираться на знания, полученные учащимися при изучении первоначальных сведений о строении вещества в VII классе, на понятия о работе и энергии. Это необходимо для объяснения сущности тепловых явлений и формирования основных понятий, таких, как тепловое движение, температура, внутренняя энергия, теплопередача, количество теплоты, удельная теплоёмкость вещества.

Определённые методические трудности возникают в связи с устаревшей терминологией. Основные термины -- «теплота», «количество теплоты», «теплоёмкость», «тепловая передача», «теплообмен» -- появились в период теплородных представлений, когда под теплотой понимали особую материальную среду. При современных взглядах на природу теплоты такая терминология затрудняет правильное понимание учащимися физической сущности данных терминов и понятий. Однако иной терминологии пока не существует.

Для преодоления трудностей при изучении тем, связанных с формированием у школьников многих сложных и абстрактных понятий, надо идти по пути самого широкого использования демонстрационного и лабораторного физического эксперимента, решения задач и привлечения примеров из жизни, быта, природы и производства.

В неявном виде в данной теме учащиеся знакомятся с первым законом термодинамики и в некоторой степени -- со вторым.

Актуальность данной темы дипломной работы заключается в процессе лучшего восприятия учащимися различных сторон и свойств изучаемых процессов и явлений.

Познавательные интересы учащихся к физике складываются из интереса к явлениям, фактам, законам; из стремления познать их сущность на основе теоретического знания, их практическое значение и овладеть методами познания - теоретическими и экспериментальными. Развитие творческих познавательных способностей учащихся - цель деятельности учителя, а применение различных приёмов активизации является средством достижения этой цели. Понимание этого важно для работы учителя.

1. ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕМЕ «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»

1.1 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 тепловыми.

Например, охлаждение воздуха, таяние льда. Каждая молекула в теле движется по очень сложной траектории. Так, например частицы газа движутся на больших скоростях в разных направлениях, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда (рис. 1).

Рисунок 1- Тепловое движение, наблюдаемое под микроскопом

Молекулы газов беспорядочно движутся с большими скоростями (сотни м/с) по всему объему газа. Сталкиваясь, они отскакивают друг от друга, изменяя величину и направление скоростей.

Молекулы жидкости колеблются около равновесных положений (т.к. расположены почти вплотную друг к другу) и сравнительно редко перескакивают из одного равновесного положения в другое. Движение молекул в жидкостях является менее свободным, чем в газах, но более свободным, чем в твердых телах. В твердых телах частицы колеблются около положения равновесия. С ростом температуры скорость частиц увеличивается, поэтому хаотическое движение частиц принято называть тепловым. [1, c 3-4]

Наиболее наглядным экспериментальным подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о беспорядочном тепловом движении атомов и молекул является броуновское движение - это движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе. Броуновское движение обнаруживает большое сходство с диффузионным движением молекул и атомов. Беспорядочное движение мелких твёрдых частиц, находящихся в жидкости или газе, впервые в 1827 г. обнаружил при наблюдении в микроскоп английский ботаник Р. Броун. Это явление смогла объяснить лишь молекулярно-кинетическая теория на основе использования представлений о дискретном строении вещества и беспорядочном тепловом движении молекул (атомов). Молекулы жидкости или газа сталкиваются с твёрдой частицей и изменяют направление передаваемого ими импульса непостоянны во времени. Чем меньше размеры и масса частицы, тем более заметными становятся изменения её импульса во времени. Факт существования броуновского движения свидетельствует о молекулярном строение вещества и беспорядочном движении молекул. При нормальных условиях (давление не очень сильно отличается от атмосферного) плотности газов примерно в 1000 раз меньше плотностей жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, расстояние между молекулами (атомами) в газах примерно в 10 раз больше, чем в жидкостях и твёрдых телах. Поэтому можно предположить, что в газах молекулы совершают поступательное движение от одного столкновения до другого. В жидкостях и твёрдых телах молекулы (атомы или ионы) в основном колеблются около некоторых положений равновесия, лишь изредка перескакивая из одного места в соседние, вакантные места. При этом в жидкостях таких вакансий много, и перескоки совершаются довольно часто - этим объясняется текучесть жидкостей. В твёрдых же телах таких вакансий мало, и перескоки совершаются редко. Эти предположения хорошо подтвердились в дальнейших исследованиях свойств вещества в разных агрегатных состояниях. [5, c 40-43]

1.2 Температура. Измерение температуры

тепловой явление лабораторный урок

Температура (от лат. temperatura -- надлежащее смешение, нормальное состояние) -- скалярная физическая величина, характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

В Международной системе единиц (СИ) термодинамическая температура входит в состав семи основных единиц и выражается в кельвинах. В состав производных величин СИ, имеющих специальное название, входит температура Цельсия, измеряемая в градусах Цельсия. На практике часто применяют градусы Цельсия из-за исторической привязки к важным характеристикам воды -- температуре таяния льда (0 °C) и температуре кипения (100 °C). Это удобно, так как большинство климатических процессов, процессов в живой природе и т. д. связаны с этим диапазоном. Градус Цельсия по определению равен кельвину. Поэтому после введения в 1967 г. нового определения Кельвина, температура кипения воды перестала играть роль неизменной реперной точки и, как показывают точные измерения, она уже не равна 100 °C, а близка к 99,975 °C.

Существуют также шкалы Фаренгейта и некоторые другие.

Для измерения термодинамической температуры выбирается некоторый термодинамический параметр термометрического вещества. Изменение этого параметра однозначно связывается с изменением температуры. Классическим примером термодинамического термометра может служить газовый термометр, в котором температуру определяют методом измерения давления газа в баллоне постоянного объема. Известны также термометры абсолютные радиационные, шумовые, акустические.

Термодинамические термометры -- это очень сложные установки, которые невозможно использовать для практических целей. Поэтому большинство измерений производится с помощью практических термометров, которые являются вторичными, так как не могут непосредственно связывать какое-то свойство вещества с температурой. Для получения функции интерполя...