Решение задач на расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.

План- конспект

открытого урока физики в 8 «Е» классе

МОУ гимназии №77 г. о. Тольятти

учителя физики

Ивановой Марии Константиновны

Тема урока:

Решение задач на расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.

Дата проведения:

19 сентября 2014 года

Цель урока:

• отработать практические навыки расчета количества теплоты, необходимого для нагревания и выделяемого при охлаждении;

• развивать навыки счёта, совершенствовать логические умения при анализе сюжета задач, решении качественных и расчётных задач;

• воспитывать умение работать в парах, уважать мнение оппонента и отстаивать свою точку зрения, соблюдать аккуратность при оформлении задач по физике.

Оборудование урока:

• компьютер, проектор, презентация по теме (Приложение №1), материалы единой коллекции цифровых образовательных ресурсов.

Тип урока:

• решение задач.

«Суньте палец в пламя от спички, и вы испытаете ощущение, равного которому нет ни на небе, ни на земле; однако все, что произошло, есть просто следствие соударений молекул».

Дж. Уилер

Ход урока:

1. Организационный момент

• Приветствие учащихся.

• Проверка отсутствующих учащихся.

• Сообщение темы и целей урока.

1. Проверка домашнего задания.

1. Фронтальный опрос

• Что называется удельной теплоемкостью вещества? (Слайд №1)

• Что является единицей удельной теплоемкости вещества?

• Почему водоемы замерзают медленно? Почему с рек и особенно озер долго не сходит лед, хотя давно стоит теплая погода?

• Почему на Черноморском побережье Кавказа даже зимой достаточно тепло?

• Почему многие металлы остывают значительно быстрее воды? (Слайд №2)

2. Индивидуальный опрос (карточки с разноуровневыми заданиями для нескольких учащихся)

1. Изучение новой темы.

1. Повторение понятия количества теплоты.

Количество теплоты — количественная мера изменения внутренней энергии при теплообмене.

Количество теплоты, поглощаемое телом, принято считать положительным, а выделяемое – отрицательным. Выражение «тело обладает некоторым количеством теплоты» или «в теле содержится (запасено) какое- то количество теплоты» не имеет смысла. Количество теплоты можно получить или отдать в каком- либо процессе, но обладать им нельзя.

При теплообмене на границе между телами происходит взаимодействие медленно движущихся молекул холодного тела с быстро движущимися молекулами горячего тела. В результате кинетические энергии молекул выравниваются и скорости молекул холодного тела увеличиваются, а горячего уменьшаются.

При теплообмене не происходит превращения энергии из одной формы в другую, часть внутренней энергии горячего тела передается холодному телу.

2. Формула количества теплоты.

Выведем рабочую формулу, чтобы решать задачи по расчету количества теплоты: Q = cm (t2- t1) — запись на доске и в тетрадях.

Выясняем, что количество теплоты, отданное или полученное телом зависит от начальной температуры тела, его массы и от его удельной теплоемкости.

На практике часто пользуются тепловыми расчетами. Например, при строительстве зданий необходимо учитывать, какое количество теплоты должна отдавать зданию вся система отопления. Следует также знать, какое количество теплоты будет уходить в окружающее пространство через окна, стены, двери.

3. Зависимость количества теплоты от различных величин.(Слайды №3, №4, №5,№6)

4. Удельная теплоёмкость (Слайд №7)

5. Единицы измерения количества теплоты (Слайд №8)

6. Пример решения задачи на расчёт количества теплоты (Слайд №10)

7. Решение задач на расчёт количества теплоты на доске и в тетрадях

Выясняем также, что если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел. Для этого используем пример решенной задачи из § 9 учебника.

Динамическая пауза.

IV. Закрепление изученного материала.

1. Вопросы для самоконтроля (Слайд №9)

2. Решение качественных задач:

• Почему в пустынях днем жарко, а ночью температура падает ниже 0°С ? (Песок обладает малой удельной теплоемкостью, поэтому быстро нагревается и охлаждается.)

• По куску свинца и куску стали, той же массы ударили молотком одинаковое число раз. Какой кусок нагрелся больше? Почему? (Кусок свинца нагрелся больше, т. к. удельная теплоемкость свинца меньше.)

• Почему железные печи скорее нагревают комнату, чем кирпичные, но не так долго остаются теплыми? (Удельная теплоемкость меди меньше, чем у кирпича.)

• Медной и стальной гирькам одинаковой массы передали равные количества теплоты. У какой гирьки температура изменится сильнее? (У медной, т.к. удельная теплоемкость меди меньше.)

• На что расходуется больше энергии: на нагревание воды или на нагревание алюминиевой кастрюли, если их массы одинаковы? (На нагревание воды, т. к. удельная теплоемкость воды большая.)

• Как известно, железо имеет большую удельную теплоемкость, чем медь. Следовательно, жало пальника, изготовленное из железа, обладало бы большим запасом внутренней энергии, чем такое же жало из меди, при равенстве их масс и температур. Почему, несмотря на это, жало паяльника делают из меди? (Медь обладает большой теплопроводностью.)

• Известно, что теплопроводность металла значительно больше теплопроводности стекла. Почему же тогда калориметры делают из металла, а не из стекла? (Металл обладает большой теплопроводностью и малой удельной теплоемкостью, благодаря этому температура внутри калориметра быстро выравнивается, а на нагревание его затрачивается мало тепла. Кроме того, излучение металла значительно меньше излучения стекла, что уменьшает потери тепла.)

• Известно, что рыхлый снег хорошо предохраняет почву от промерзания, потому что в нем заключено много воздуха, который является плохим проводником тепла. Но ведь и к почве, не покрытой снегом, прилегают слои воздуха. Отчего же в таком случае она сильно не промерзает? (Воздух, соприкасаясь с непокрытой снегом почвой, все время находится в движении, перемешивается. Этот движущийся воздух отнимает от земли тепло и усиливает испарение из нее влаги. Воздух же, находящийся между частицами снега, малоподвижен и, как плохой проводник тепла, предохраняет землю от промерзания.)

3. Решение расчетных задач

Первые две задачи решаются высокомотивированными учащимися у доски с коллективным обсуждением. Находим правильные подходы в рассуждениях и оформлении решения задач.

Задача №1.

При нагревании куска меди от 20°С до 170°С Было затрачено 140000 Дж тепла. Определить массу меди.

Задача №2

Чему равна удельная теплоемкость жидкости, если для нагревания 2 л её на 20°С потребовалось 150000 Дж. Плотность жидкости 1,5 г/см³

Ответы на следующие задачи учащиеся находят в парах:

Задача №3.

Два медных шара массами mo и 4mo нагревают так, что оба шара получают одинаковое количество теплоты. При этом большой шар нагрелся на 5°C Насколько нагрелся шар меньшей массы?

Задача №4.

Какое количество теплоты выделяется при охлаждении 4 м³ льда от 10°C до– 40°C?

Далее для самостоятельного решения учащимся предлагаются задачи:

Задача №5.

В каком случае потребуется для нагревания двух веществ большее количество теплоты, если нагрев двух веществ одинаков ∆t1 = ∆t2 Первое вещество- кирпич массы 2 кг и с =880Дж/кг ∙ °C , и латунь — масса 2 кг и с = 400 Дж/кг ∙ °C

Задача №6.

Стальной брусок массы 4 кг нагрели. При этом было затрачено 200000 Дж тепла. Определите конечную температуру тела, если начальная температура равна t0 = 10°C

При самостоятельном решении задач у учеников, это естественно, возникают вопросы. Наиболее часто задаваемые вопросы разбираем коллективно. На те вопросы, которые носят частный характер, даются индивидуальные ответы.

1. Рефлексия. Выставление отметок.

Учитель: Итак, ребята, чему вы сегодня научились на уроке и что узнали нового?

Примерные ответы учащихся:

• Отработали навыки решения качественных и расчётных задач по теме «Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела и выделяемого при охлаждении».

• Убедились на практике в том, как перекликаются и связаны такие предметы как физика и математика.

1. Задание на дом:

• Прочитать §9.

• Решить задачи № 1024, 1025, из сборника задач В.И. Лукашика, Е. В. Ивановой.

• Самостоятельно придумать задачу на расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.

Удельная теплоёмкость вещества. Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела и выделяемого им при охлаждении. 27.02.2014 5968 0

Цель: ввести и выяснить физический смысл удельной теплоемкости .определение способа расчета количества теплоты при теплообме­не тел. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

При проверке домашнего задания можно, подготовив ряд вопросов, вы­слушать ответы учащихся по желанию.

Приведите примеры. Почему водоемы замерзают медленно? Почему с рек и особенно озер долго не сходит лед, хотя давно стоит теплая погода? Какой из двух одинаковых по массе кусков быстрее нагреется на 2 °С: железный или медный?

Почему на Черноморском побережье Кавказа даже зимой доста­точно тепло? Почему многие металлы остывают значительно быстрее воды?

III. Изучение нового материала

Новый материал связан, прежде всего, с выводом рабочих формул, которые часто используются при решении задач, поэтому важно, чтобы учащиеся очень хорошо усвоили содержание и смысл полученных соотношений.

1. Понятие удельной теплоемкости.

2. Удельная теплоемкость различных веществ.

3. Теплоемкость тела.

4. Ранее мы показали, что для нагревания 1 кг вещества на 1°С требует­ся количество теплоты, численно равное значению удельной теплоемкости.

Для нагревания 1 кг алюминия на 1 °С, например, необходимо Q — 920 Дж. Следовательно, Q зависит от с: чем больше с, тем больше Q. Итак,Q~c.

5. Совершенно очевидно, что если тело нагреть на t = 1 °С и на t = 3 °С, то потребуется разное количество теплоты. Причем отношение Qi I Q — 3. Следовательно, чем больше разность температуры в нагреве тел, тем больше нужно затратить энергии.

То есть:

где t — конечная температура, t0 — начальная температура.

6. На простом опыте по нагреванию разных масс воды от 5 °С до 10 °С легко заметить разное время нагрева и, следовательно, разное значение получаемой энергии. Чем больше масса тела, тем большее количество теп­лоты нужно для нагревания.

Следовательно:

Если свести вместе все три полученных соотношения, можно получить основное выражение для расчета количества теплоты при теплообмене:

Q = cm(t-t0) = cmt.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, или выде­ляемое им при охлаждении, прямо пропорционально произведению удельной теплоемкости на массу тела и на. разность конечной и на­чальной температур.

Вполне очевидно, что если происходил нагрев тела, то At = t- t0 > 0 и Q > 0. То есть тело получает тепло.

Если тело остывает, то h < to и At < 0 и Q < 0. Это указывает на то, что тело отдает в окружающую среду количество теплоты Q.

Следует помнить, что если для нагревания тела массой т с удельной те­плоемкостью с на At = о нужно Q = cm(t — to), то ровно столько же вы­деляется тепла при охлаждении тела от t до to­.

IV. Решение задач

Оставшееся на уроке время желательно посвятить решению задач по изученной теме.

Домашнее задание

Почему металл холодный?

Изменчивый металл

Начнём с того, что не всегда предметы из металла холодные. Вспомните, какой становится металлическая ложка в горячей воде. Например, если поместить деревянную ложку в кипяток, она нагреется. Но ложка из металла, побывавшая в кипятке, нагреется намного сильнее. При неаккуратном обращении можно даже ошпариться, забыв металлические столовые приборы в горячей кастрюле или сковороде.

Делиться теплом

Секрет кроется в теплопроводности — способности тела передавать тепло другому телу, от более нагретых частей к менее нагретым.

У разных предметов разная теплопроводность. У металла она чрезвычайно высока. Практически это можно подтвердить с помощью обычного прикосновения к металлическому предмету.

Возьмите в руку любой металлический предмет, например ту же ложку (не побывавшую в кипятке!) или металлические ключи. Нормальная температура нашего тела 36,6°C. Когда мы касаемся менее горячего предмета, чем наше тело, мы сами начинаем передавать ему тепло. Температура поверхности кожи становится ниже, и мы ощущаем холод предмета.

Читайте ещё:

• Почему осенью на деревьях желтеют и опадают листья?
• Почему небо голубого цвета?
• Почему лимон кислый?
• Почему море соленое?
• Почему зимой холодно, а летом тепло?

Такая разная теплопроводность

Тепло нашего тела начинает нагревать верхний слой прохладного предмета. Если предмет обладает высокой теплопроводностью (как наши металлические ложка или ключи), то энергия начинает стремительно распространяться по всему предмету. Температура увеличивается несильно, передача тепла продолжается. Однако предмет остаётся всё ещё холодным.

Если же предмет имеет низкую теплопроводность (например, как наша деревянная ложка), то верхние слои нагреваются гораздо быстрее. Зачастую нагрев происходит моментально, и мы даже не успеваем заметить, что предмет был прохладным. Когда тепло передано, теплоотдача практически прекращается. Предмет стал тёплым.

А что происходит с горячими телами?

В горячих предметах процессы протекают в ином порядке. Теплопроводность металлических тел является высокой благодаря свободным электронам, отвечающим за металлическую электропроводность. Электроны в металлических телах стремительно двигаются по всему объёму, перенося тепло во все части предмета.

Почему металл холодный

Все материалы обладают таким свойством, как теплопроводность. Это способность пропускать через себя тепло с различной скоростью. Зависит теплопроводность от того, насколько близко расположены молекулы в структуре материала. Если молекулы далеко друг от друга, чтобы столкнуться и обменяться теплом, им требуется много времени. А вот если молекулы находятся совсем рядом, такая передача происходит за считанные секунды.
В тот момент, когда вы касаетесь рукой поверхности какого-либо материала, начинается взаимодействие молекул на поверхностях двух этих сред. Тот материал, который обладает более высокой температурой, будет отдавать тепло холодному. Вот здесь-то и вступает в силу разница в теплопроводности. Если вы заходите в холодный коридор или трогаете предметы на улице, можно не сомневаться в том, что все они имеют одинаковую температуру. Однако металлические детали и предметы всегда намного холодней, чем пластиковые или деревянные. Почему?
Все очень просто. В момент прикосновения к дереву рука начинает отдавать тепло точно так же, как и к металлу, но из-за низкой теплопроводности деревянной поверхности, вы замечаете это не сразу. Расстояние между молекулами здесь настолько велико, что для передачи тепла вашей руки требуется много времени. Можно отдернуть руку и даже не заметить, что она остыла. С металлом все совершенно иначе, это хороший проводник. В момент прикосновения близко расположенные друг к другу молекулы начинают активно взаимодействовать с рукой, быстро забирая себе часть ее тепла. Это чувствуется сразу, именно поэтому мозг интерпретирует прикосновение к металлу, как контакт с чем-то более холодным, чем дерево или пластмасса, несмотря на то, что температура всех этих материалов совершенно идентична.
Об этих свойствах металла стоит помнить и летом, когда можно легко обжечься о горячий капот автомобиля или железную изгородь и спокойно сидеть на деревянных скамейках даже при сорокаградусной жаре.