Метод розв’язування задач з теми «Теплові явища. Тепловий баланс» за допомогою схем Актуальність

«Те, що я чую, я забуваю. Те, що я бачу, я пам'ятаю. Те, що я роблю, я розумію. » / Конфуцій / Метод розв’язування задач з теми «Теплові явища. Тепловий баланс» за допомогою схем Актуальність Освітнє, політехнічна і виховне значення завдань в курсі середньої загальноосвітньої школи важко переоцінити. Відомо, що чим більше завдань вирішують учні на уроці, тим краще вони засвоюють навчальний матеріал, тим глибше розуміння фізичних законів і явищ. Основна складова частина навчання - не просте запам'ятовування формулювань законів, їхніх математичних виразів, а розуміння суті цих законів і вміння застосовувати їх на практиці. Технологія методу Розв’язання фізичних задач - один з найважливіших способів розвитку розумових, творчих здібностей учнів. Учитель насамперед має навчити школярів логічно мислити, правильно застосовувати фізичні закони та їхні математичні вирази. Важливо простежити за думкою учнів, їхніми міркуваннями під час розв’язання задач і, нарешті, перевірити відповідь. Це можна здійснити, застосовуючи метод розв’язання задач за допомогою схем. У цьому випадку учитель формує в учнів уміння ділити розв’язання задач на етапи, має можливість стежити за думкою учня й скеровувати її в потрібне русло. Розв’язанню задач сприяє «пам'ятка», у якій у певному порядку перераховано необхідні дії. Пам'ятка для учнів 1. Уважно прочитай умову задачі. 2. Коротко запиши умову задачі. 3. Перетвори одиниці вимірювання в СІ. 4. Проаналізуй описані в задачі явища. 5. Склади схему розв’язання. 6. Склади розв’язок. 7. Розв’яжи рівняння відносно невідомої. 8. Перевір відповідь. Систематичне застосування загальних правил і приписів у ході розв’язання типових завдань формує у школярів навички розумової роботи, дозволяє заощаджувати сили для складнішої творчої діяльності. У життєвих ситуаціях досить часто виникає необхідність у визначенні значень фізичних величин, які характеризують теплообмінні процеси після того, як настане теплова рівновага. Наприклад, визначити температуру після змішування гарячої й холодної води, або обчислити кількість теплоти, отриману тілом при теплопередачі, або знайти, яку температуру матиме тіло в результаті теплообміну. Для розрахунку теплових процесів по-перше:необхідно скласти рівняння щодо кількості теплоти, що. отримують і віддають всі тіла, які знаходяться в теплообмінному процесі; по-друге: скласти рівняння теплового балансу; по-третє: розв’язати рівняння, яке містить невідомі величини, і знайти його рішення відносно шуканого. При вирішенні фізичних задач на розрахунок теплообмінних процесів доцільно дотримуватися повної послідовності дій. Одним із етапів розв’язування задачі є складання схеми. Крок 1.З'ясувати, які тіла беруть участь у теплообміні. Крок 2. З'ясувати, при якій температурі тіла досягають стану теплової рівноваги. Якщо за умовою задачі вона не задана, позначити її буквою t. Крок 3. Встановити, які з тіл віддають теплоту, а які її отримують. Записати формулу кількості теплоти для кожного з тіл, що знаходяться в теплообмінному процесі (при цьому слід завжди від більшого значення температури віднімати менше). Крок 4.Скласти схему теплообміну за загальною схемою. ( Схема 1) Крок 5. Скласти рівняння теплового балансу. У лівій його частині записати суму кількості теплоти, яку отримали тіла при теплообміні, у правій - суму кількості теплоти, яку вони віддали. Крок 6. Вирішити рівняння щодо шуканої величини і знайти її значення. Загальна схема розв’язування задач на тепловий баланс (схема 1) Практичне застосування методу Розглянемо, наприклад, розв’язок задачі на тепловий баланс, яка для учнів є найбільш складною. Одним з етапів розв’язання задачі є складання схеми. Завдання № 1 Для визначення питомої теплоємності сталі в калориметр, що містить воду масою 500 г при температурі 13 ° С, опущено сталеве тіло масою 400 г, нагріте до температури 100 ° С. Температура води в калориметрі підвищилася до 20 ° С. Визначте питому теплоємність сталі. Дано mв = 500г mс = 400 г св = 4200 tв = 13°С tc = 100°С t = 20 C СІ 0,5 кг 0,4 кг Розв’язання 1.Проаналізуємо в задачі явища: 1) теплообмін відбувається між водою та сталлю; 2) сталь віддає теплоту Qс охолоджуючись, вода її отримує Qв нагріваючись; 3) тіла досягають стану теплової рівноваги за температури t = 20 C; 4) зміна температури води Δtв = 7°С, сталі Δtc = 80°С. 2.Складемо схему. (Використовуючи загальну схему вирішення завдань на тепловий баланс, виділяємо явища, описані в задачі.) cc - ? Згідно умов теплового балансу кількість теплоти, яку сталь віддала при охолоджуванні Qс=сс mс Δtс, дорівнює кількості теплоти Qв=cв mв Δtв, що отримала вода при нагріванні. Кількістю теплоти, що отримав калориметр, за даних умов задачі можна знехтувати. Складемо рівняння теплового балансу: сс mс Δtс = cв mв Δtв. Розв’яжемо рівняння відносно шуканої величини: Перевіримо одиниці вимірювання отриманої величини. Виконаємо обчислення шуканої величини: Отримане значення питомої теплоємкості близьке до табличного. Результат був би точнішим, як би враховувалася кількість теплоти, отримана не тільки водою, але й іншими тілами (калориметром, повітрям). Відповідь. Питома теплоємкість сталі 460 Завдання № 2 У посудину, що містить 2,8 л води при 20 ° С, кидають шматок сталі масою 3 кг, нагрітий до 460 ° С. Вода нагрівається до 60 °С, і частина її перетворюється у пар. Знайти масу води, яка випарилася. Теплоємністю посудини знехтувати. Дано Vв = 2,8л св=4200 tв = 20°С mс = 3 кг tc = 460°С сс = 500 t = 60 C r = 2,3·106 СІ 2,8·10-3м3 Розв’язання 1.Проаналізуємо в задачі явища: 1) теплообмін відбувається між водою та сталлю; 2) сталь віддає теплоту Qс охолоджуючись, вода отримує Qв1 нагріваючись та Qв2 випаровуючись; 3) тіла досягають стану теплової рівноваги за температури t = 60 C; 4) зміна температури води Δtв = 40°С, сталі Δtc = 400°С. 2.Складемо схему (виділяємо в загальній схемі рішення явища, описані в задачі). mп - ? Згідно умов теплового балансу: сума кількості теплоти, яку отримали тіла, дорівнює сумі кількості теплоти, що інші тіла віддали в результаті теплопередачі. Складемо рівняння теплового балансу: сс mс Δtс = cв mв Δtв.+ mпr, Розв’яжемо рівняння відносно шуканої величини: Перевіримо одиниці вимірювання отриманої величини: Виконаємо обчислення невідомої величини: Чисельне значення питомої теплоти пароутворення води залежить від температури рідини та атмосферного тиску. Температура води, ºС Питома теплота пароутворення при атмосферному тиску 760 мм рт.ст., кДж /кг 0 2500 20 2454 100 2257 Відповідь. Задача № 3 Для визначення теплоти плавлення олова в калориметр, що містить 330 г води за температури 7°С, влили 350 г розплавленого олова за температури тверднення, після чого в колориметрі, теплоємність якого 100 Дж/°С, встановилася температура 32°С. Обчисліть значення питомої теплоти плавлення олова за даними досліду. Дано СІ Розв’язання mв = 330г 0,33 кг Складемо схему розв’язання задачі. св = 4200 tв = 17°С mо = 350 г 0,35 кг tо = 232°С со = 230 ск mк=100 t = 32°C λ - ? ЕНЕРГІЯ Отримана тілами Q1 = Q2 Віддана тілами Qо=λоmо Тверднення олова Qк=cкmкΔtк Нагрівання калориметра Qо=cоmоΔtо Охолоджування олова Нагрівання води Qв=cвmвΔtв Q1 = Q2 Отримана тілами Нагрівання води Qс=cсmсΔtс Охолоджування сталі Qв=cвmвΔtв Віддана тілами Складемо рівняння теплового балансу: λоmо + cоmоΔtо = cкmкΔtк + cвmвΔtв, де Δtо – зміна температури олова, Δtк - зміна температури калориметра, Δtв - зміна температури води. Розв’яжемо рівняння відносно невідомої величини: Перевіримо одиниці вимірювання отриманої величини: Отримане значення питомої теплоти плавлення близьке до табличного. Результат був би точнішим, якби не було теплообміну з довкіллям. Відповідь. Питома теплота плавлення олова 60 . В задачах на теплові процеси з урахуванням коефіцієнта корисної дії теплової установки, слід записати умову теплового балансу у вигляді ηQ1 = Q2, де Q1-кількість теплоти, яку тіла віддали, Q2-кількість теплоти, яку тіла отримали в результаті теплопередачі, η- коефіцієнт корисної дії. При розв’язанні задач з теми «Зміна агрегатних станів речовини» треба виконувати загальні правила складання рівняння теплового балансу. Але разом з цим, треба враховувати і специфічні особливості цих теплових процесів. Тому алгоритм для розв’язання цих задач можна скласти такий: З умови задачі з'ясувати значення температури тіла. Визначити, які теплові процеси передбачені умовою задачі. Скориставшись загальною схемою теплового процесу ( Схема 2), скласти схему для розв’язування даної задачі. Записати формули кількості теплоти для кожного з теплових процесів. Записати рівняння теплового процесу: загальна кількість теплоти дорівнює сумі кількості теплоти отриманої тілом. Якщо в теплообмінному процесі знаходиться декілька тіл, одні з яких поглинають теплоту, а інші виділяють її, скласти рівняння теплового балансу з урахуванням правила: в лівій частині рівняння записати суму кількості теплоти, відданої тілами в результаті теплообміну, у правій його частині - суму кількості теплоти, отриманої тілами при цьому. Розв’язати рівняння щодо невідомої величини і знайти її значення. Загальна схема «Теплові процеси. Зміна агрегатних станів речовини» (схема № 2) Завдання № 3 Скільки необхідно затратити теплоти, щоб лід, масою 25 г, температура якого -5°С, розплавити, і воду, яка утворилась, нагріти до 15 ° С. Дано mл = 25 г сл=2100 tл1 = -5°С св=4200 tв = 15°С λ = 332 СІ 0,025 кг Розв’язання 1.Проаналізуємо в задачі явища: за даними умовами задачі на початку теплового процесу речовина знаходилася у твердому стані; початкова температура льоду tл1 = -5°С; температура плавлення льоду tл2 = 0°С; наприкінці теплового процесу температура води становить tв = 15°С; 2.Використовуючи загальну схему «Теплові явища. Зміна агрегатних станів речовини», складаємо схему для розв’язання задачі. Q - ? Записуємо формули, які виражають ці теплові процеси. Нагрівання льоду: Qл1=cл mл Δtл Плавлення льоду: Qл2= λ mл Нагрівання води Qв3=cв mв Δtв. Зміна температури льоду Δtл = 5°С, Зміна температури води Δtв = 15°С. Загальна кількість теплоти: Q = Qл1 + Q2 + Qв3 Виконавши обчислення, записуємо відповідь, робимо висновок. Цей метод навчання розв’язанню задач сприяє підвищенню самостійності учнів, дає можливість здійснювати індивідуальний і диференційований підходи до кожного учня. Разом із тим підвищується продуктивність роботи. Розв’язання задач перетворюється на осмислений процес. Учитель спеціаліст вищої категорії Храпіна О.В. Література 1.Коршак Є.В. Фізика. 8 клас.: підручник для загальноосвітніх навчальних закладів:.-К.: Генеза, 2008.-208 с.: іл.. Зміст Актуалізація……………………………………………… стор. 2 Технологія методу……………………………………….. стор. 2 Застосування методу…………………………………….. стор. 4

Схожі: