Внутрішня енергія тіла та способи її змінення
РОЗДІЛ IV
ТЕПЛОВІ ЯВИЩА
УРОК № 3/48
Тема уроку. Внутрішня енергія тіла та способи її змінення
Тип уроку: комбінований.
Мета уроку: ввести поняття внутрішньої енергії тіла, забезпечити засвоєння учнями двох способів вимірювання внутрішньої енергії тіла; формувати вміння спостерігати, аналізувати явища природи, визначаючи загальні ознаки.
Обладнання: скляна трубка із пробкою, циліндр із поршнем (медичний шприц), мотузка.
План уроку
Етапи | Час | Прийоми і методи |
I. | 5 хв. | Усне опитування |
II. Актуалізація опорних знань; вивчення нового матеріалу | 20-25 хв. | Бесіда; демонстрації; фронтальний експеримент; робота з підручником; записи на дошці й у зошитах; спостереження; аналіз фізичних явищ |
III. Закріплення нового матеріалу | 10 хв. | Питання класу |
IV. Домашнє завдання | 1-2 хв. | Коментар учителя; записи на дошці й у щоденниках |
Хід уроку
I. Перевірка домашнього завдання
Перевірка домашнього завдання та повторення
II. Актуалізація опорних знань; вивчення нового матеріалу
Бесіда
Перед поясненням нового матеріалу доцільно повторити знання, отримані учнями в 7 класі.
Питання класу
– Із чого складаються всі речовини?
– Які властивості мають молекули будь-якої речовини?
Акцентуємо особливу увагу на русі та взаємодії молекул будь-якої речовини.
Запис у зошитах й на дошці: Внутрішня енергія тіла – це енергія руху та взаємодії всіх частинок тіла.
Ми знаємо, що існує два види механічної енергії – потенціальна та кінетична. Потенціальна енергія визначається розташуванням тіл або частин тіла, що взаємодіють. А кінетичну енергію мають усі тіла, що рухаються. Отже, якщо ми хочемо визначити внутрішню енергію води в склянці, ми маємо обчислити кількість молекул, визначити кінетичну та потенціальну енергію кожної, а потім підсумувати отримані результати. Але на практиці нас найчастіше цікавить зміна внутрішньої енергії тіла.
Питання класу: Як змінюється внутрішня енергія тіла під час підвищення температури? (Під час підвищення температури середня швидкість руху молекул збільшується, отже, і внутрішня енергія тіла зростає. якщо ж температура знизиться, то внутрішня енергія зменшиться.)
Сьогодні на уроці ми встановимо, якими способами можна змінити внутрішню енергію тіла. У мене в руках монета. яким чином можна змінити її температуру, а відтак, і внутрішню енергію? (Учні пропонують способи: нагріти над полум’ям, покласти у гарячу воду тощо.) Така зміна внутрішньої енергії тіла називається теплопередачею, тобто енергія від більш нагрітого тіла переходить до менш нагрітого.
Питання класу: А яким ще способом можна нагріти монету? (Потерти її об дерев’яну дощечку.)
Цей факт можна перевірити дослідним шляхом. У цьому випадку внутрішня енергія тіла змінилася внаслідок механічної роботи.
Запис у зошитах: Внутрішня енергія тіла змінюється при виконанні роботи та при теплопередачі.
Демонстрація 1. Трубка з повітрям щільно закрита пробкою (див.
Рисунок). Крізь отвір у пробці трубку з’єднують із циліндром з поршнем (замість циліндра з поршнем може використати медичний шприц). Трубку інтенсивно натирають мотузкою. Спостерігають, що поршень починає рухатися.
Демонстрація 2. Повторюють експеримент, тільки в даному випадку повітря в трубці нагрівають над полум’ям спиртівки.
Питання класу
– Як змінювалася внутрішня енергія повітря в першому та другому дослідах?
– Які ознаки свідчать про це?
– Якими способами було змінено внутрішню енергію тіл у першому та другому дослідах?
– Як змінювалася швидкість руху частинок повітря в ході дослідів?
– Внутрішня енергія тіла може зменшуватися. Наведіть приклади, коли це відбувається внаслідок теплопередачі? (Чай остигає, пара охолоджується і перетворюється на воду тощо.)
Коли тіло саме виконує роботу, то його внутрішня енергія також зменшується (газ, який виконує механічну роботу, розширюючись, охолоджується, а отже, і внутрішня енергія газу зменшується).
III. Закріплення нового матеріалу
Питання класу
– Визначте, як і яким способом змінилася внутрішня енергія тіла в таких випадках:
А) сірник внесли у полум’я свічки; (Внутрішня енергія збільшилася внаслідок теплопередачі.)
Б) сірник запалили об коробок; (Внутрішня енергія збільшилася внаслідок механічної роботи.)
В) пилка нагрілася після розпилювання дров; (Внутрішня енергія збільшилася внаслідок механічної роботи.)
Г) штучний супутник нагрівся під час входження в атмосферу Землі; (Внутрішня енергія збільшилася внаслідок механічної роботи.)
Д) склянку з водою кімнатної температури поставили в холодильник; (Внутрішня енергія зменшилася внаслідок теплопередачі.)
Е) дах будинку нагрівся під прямими променями сонця. (Внутрішня енергія збільшилася внаслідок теплопередачі.)
– Закриту пробірку з газом занурили у гарячу воду. Чи змінилася кінетична, потенціальна енергія молекул газу? Якщо змінилася, то як?
Для конкретизації досліджуваного матеріалу можна залучити власний досвід учнів. Учні можуть пояснити причини нагрівання деталей після оброблення їх напилком, нагрівання чайника з водою від вогню тощо; наводять свої приклади змінення внутрішньої енергії тіла внаслідок теплопередачі та внаслідок механічної роботи.
IV. Домашнє завдання
[1]: § 34, впр. № 34; § 35, впр. № 35.
[2]: § 21; § 22 (п. 1, 2).
[3]: СР – задачі 27.1-27.7;
ДР – задачі 27.12-27.14; 27.16-27.20;
ВР – задачі 27.34-27.39.
Додаткове завдання. Підготувати повідомлення на тему: “З історії виникнення вогню”, “Тепло: корисне і шкідливе для нашого організму”.
Скарбничка цікавих фактів
O Цікаве хобі
Відомий фізик Вальтер Нернст на дозвіллі розводив коропів. На зауваження колег про те, що навіть курчат розводити цікавіше, В. Нернст відповідав: “Я розводжу тварин, які перебувають у тепловій рівновазі з навколишнім середовищем. Розводити теплокровних означає за свій рахунок нагрівати навколишній простір”.
O Як калорії перетворилися на джоулі
Довгий час механічну і теплову енергію вимірювали в різних одиницях: теплову традиційно в калоріях, а механічну – у грамметрах, ергах, а потім у джоулях. Джеймс Прескотт Джоуль вирішив встановити відповідність між одиницями механічної й теплової енергії. Для цього він провів такий експеримент. У поліровану мідну посудину наливалася вода. У посудину опускалися лопатки, які оберталися за допомогою вантажу, що падав з певної висоти. В результаті обертання лопаток вода перемішувалась і внаслідок цього нагрівалась. Обчислюючи механічну роботу, виконану в ході експерименту, і теплову енергію, що отримувала вода, Д. Джоуль установив:
1 калорія = 4,19 Дж.
