Цели урока:
Образовательные: обобщить и систематизировать знания по теме “Тепловые явления”.
Развивающие: способствовать развитию у школьников грамотной физической речи, самостоятельности мышления, внимания и памяти, формировать умение сравнивать, обобщать, делать выводы.
Воспитательные: формирование активности в учебном процессе, воспитывать ответственность, толерантность, умение использовать знания в жизненных ситуациях, стимулировать научное познание, продолжить формирование познавательного интереса учащихся, воспитывать у учащихся научное мировоззрение и эстетическое мироощущение.
Тип урока: урок обобщения и систематизации полученных знаний.
Методы: наглядное практическое, исследовательское закрепление
Оборудование: электрический самовар, заварочные чайники (металлический, из термостекла, фарфровый, эмалированный), стаканы стеклянные, чашки, блюдца, чайные ложки (деревянные, алюминиевые, железные, железные с деревянной ручкой), сахарница с сахаром, барометр, 1 пачка индийского или цейлонского чая, флакон одеколона или спирта, салфетки;
для демонстрации опыта: пробирка, резиновая груша, нагреватель (спиртовка) или электроплитка, круглодонная колба, штатив с муфтой и кольцом; барометр-анероид, термометр
План урока
- Организационный момент.
- Актуализация урока.
- Проверка усвоения знаний (беседа).
- Исследовательская работа.
- Обобщение.
- Домашнее задание.
Ход урока.
Учащиеся сидят за столами полукругом. Учитель демонстрирует опыт в центре этого полукруга.
На доске запись: “Физика за чайным столом”
Учитель. Здравствуйте. Начинаем наш урок и назовем его “Физика за чайным столом”. Сегодня мы объясним все то, что вы видите, садясь традиционно выпить чашку чая. Обобщим и систематизируем наши знания по теме “Тепловые явления”.
Включаю электрический самовар без крышки.
У нас все готово. Можно приступить к чаепитию.
Ученик. Но нет еще чая. Надо самовар накрыть крышкой, тогда вода скорее закипит.
Учитель. Это обязательно?
Ученик. Да.
Учитель. Тогда мой первый вопрос: “Как, с точки зрения физики, объяснить, для чего мы накрываем самовар крышкой, когда кипятим в нем воду?”
Ученик. При открытой крышке молекулы, имеющие большую кинетическую энергию, будут покидать поверхность воды в самоваре, унося с собой энергию. Накрывая самовар крышкой, мы сохраняем в нем то тепло, которое сообщает воде нагреватель, уменьшаем теплообмен.
Учитель. (Приподнимаю крышку и заглядываю в самовар)
Я вижу на дне и стенках самовара пузырьки. Откуда они взялись?
Ученик. Пузырьки образуются в результате расширения мельчайших пузырьков воздуха, существующих в углублениях микротрещинах не полностью смачиваемых стенок сосуда.
Учитель. Я слышу шум, исходящий от самовара. Почему он появился?
Ученик.
По мере роста температуры интенсивность испарения воды внутрь пузырьков возрастает. Поэтому количество водяного пара, а вместе с ним и давление внутри пузырьков постепенно увеличиваются. При приближении температуры нижних слоев воды к 1000С давление внутри пузырьков сравнивается с давлением, существующим вокруг них, после чего пузырьки начинают расширяться. С увеличением объема пузырьков растет и действующая на них выталкивающая (архимедова) сила. Под действием этой силы наиболее крупные пузырьки отрываются от стенок сосуда и поднимаются вверх. Если верхние слои воды еще не успели нагреться до 1000С, то в такой (более холодной) воде часть водяного пара внутри пузырьков конденсируется и уходит в воду; пузырьки при этом сокращаются в размерах, и сила тяжести заставляет их снова опускаться вниз. Здесь они опять увеличиваются и вновь начинают всплывать вверх. Попеременное увеличение и уменьшение пузырьков внутри воды сопровождается возникновением в ней характерных звуковых волн: закипающая вода “шумит”.
Учитель. Ожог, полученный водяным паром при кипении воды опаснее, чем кипятком. Значит ли это, что температура этого пара больше, чем температура кипятка?
Ученик. Температура пара и кипящей жидкости равны. Ожог паром опаснее, так как скорость молекул пара больше скорости молекулы жидкости. Так как покидают жидкость более “быстрые” молекулы, то энергия молекул пара больше чем энергия молекул воды.
Ученик. Температура кипения зависит от атмосферного давления.
Учитель. Как изменяется температура кипения воды при изменении атмосферного давления?
Ученик. С понижением атмосферного давления температура кипения понижается.
Учитель. Ответ на вопрос получим из опыта.
Опыт: Берем пробирку, заполненную на одну треть водой. Нагреваем воду в пробирке до кипения и, вставив в пробирку резиновую грушу, быстро сжимаем ее. Кипение прекращается, хотя вода продолжает нагреваться. Убираем нагреватель. Быстро разжимаем руку с резиновой грушей и вновь наблюдаем кипение жидкости.
Или
В круглодонную колбу наливаем до половины воды и нагреваем ее на электроплитке до тех пор, пока вода не закипит. Когда она закипит, отодвигаем электроплитку в сторону и плотно закрываем колбу резиновой пробкой. После этого, перевернув колбу, помещаем ее в кольцо штатива. Верх колбы смачиваем холодной водой и наблюдаем явление кипения.
Опыт показывает, что с понижением давления над поверхностью воды уменьшается и температура кипения.
Учитель. Вода в самоваре булькает, она закипела. Можно ли отключать от сети?
Ученик. Можно.
Учитель. А когда завариваем чай?
Ученик. Сразу.
Учитель. А если потом?
Ученик. Но тогда чай остынет.
Учитель. Во-первых, это еще не чай, а кипяток. Во-вторых, кто знает, почему он будет остывать?
Ученик. Часть тепла воды путем теплопроводности будет передаваться чайнику, а от него путем теплообмена – окружающему пространству. Если еще снять крышку, то вода будет остывать и из-за интенсивного испарения. Мы знаем, что испарение состоит в том, что от поверхности жидкости отрываются молекулы, обладающие определенным запасом энергии. При отрыве молекул затрачивается также энергия, она изымается из жидкости и потому, если к жидкости не подводить тепло, жидкость будет охлаждаться.
Учитель. Справедливость последнего утверждения можно доказать простым опытом.
Опыт. Беру флакон одеколона или спирта, наливаю из нее одному из учеников на руку немного жидкости. (Прошу помахать рукой.)
Что чувствуете?
Ученик. Охлаждение кожи руки.
Учитель. Происходит ли испарение воды при комнатной температуре, и почему оно происходит?
Ученик. Жидкость покидают те молекулы, которые имеют большую энергию. Но таких молекул немного. Испарение идет неинтенсивно.
Учитель. Вода в самоваре кипит, из его отверстий на крышке наружу вырывается пар, но ведь пар невидимый! Что же это на самом деле?
Ученик. То, что мы наблюдаем – это туман (мельчайшие капельки воды, в которую превращается пар при конденсации). Обычно туман наблюдается не у самого отверстия на крышке самовара, а в нескольких сантиметрах от него (у самого края крышки пар еще слишком горячий и туман не образуется).
Учитель. Верно, в данном случае мы видим туман, водяной пар – бесцветный, не различимый глазом газ (хотя не все газы невидимы).
Вода в нашем самоваре давно кипит. Все это видят: из отверстий идет туман. Посмотрим показание барометра. Какое сегодня атмосферное давление.
Ученик. 760 мм рт. ст. – нормальное атмосферное давление. Значит, температура кипения воды должна быть равной 1000С.
Учитель. Давайте заваривать чай и пить его.
Ученики. Давайте пить чай!
Учитель. Хорошо известно, что вкус чая зависит от того, правильно ли он заварен. Что значит правильно заварить чай?
Ученик. Это значит заварить так, чтобы вкусовые вещества, входящие в состав чайного листа, в возможно большем количестве перешли в воду. Известно, что вкус чая зависит от температуры, при которой он заварен. Чем выше температура в момент заварки, тем чай вкуснее.
Учитель. Перед вами стоят четыре вида чайников для заварки. В каком чайнике – металлическом, эмалированном, стеклянном или фарфоровом – лучше заваривать чай?
Ученик. Лучше заваривать чай в металлическом чайнике. Когда мы будем наливать туда кипяток, чайник быстро нагреется, так как удельная теплоемкость металла небольшая, поэтому чай будет завариваться при высокой температуре.
Ученик. Но металлический чайник, обладает большой теплопроводностью, будет быстро отдавать тепло окружающей среде и вода в нем станет быстро остывать. Фарфоровый чайник медленнее нагревается, но зато и остывает медленнее. Поэтому он хорошо сохраняет тепло, по-моему, его и лучше брать.
Ученик. Чтобы сохранить вкусовые вещества чайник для заварки должен быть из фарфора, фаянса, керамики или термостекла.
Ученик. Для того чтобы внутренние стенки заварочного чайника имели более высокую температуру в момент заварки, рекомендуется перед засыпкой заварки один или два раза ополоснуть чайник кипятком. Тогда меньше тепла от воды “уйдет” на его прогрев.
Ученик. Лучше прогревать всухую, над пламенем или над паром. Засыпанную заварку нужно сначала “оживить” небольшим количеством кипятка, дав постоять 1-2 минуты под крышкой. Когда заварка слегка разбухнет можно залить кипяток. Можно класть в заварник щепотку сахара. Это способствует более полной отдаче кофеина и танинов.
Учитель. А сколько ложек заварки нужно насыпать в чайник?
Ученик. Нужно положить чай из расчета: одну чайную ложку на чашку и дополнительно одну на чайник.
Учитель. Давайте испытаем предложенный принцип заварки чая.
Двое из ребят заваривают чай в фарфоровом чайнике.
Учитель. У нас есть кипяток, заваренный чай, стаканы. Обращаю внимание: стаканы толстостенные. Теперь надо выполнить еще одну существенную операцию: каждому налить чай в стакан.
Ученик. Я опускаю ложечку в свой пустой стакан: она примет часть тепла, температура воды станет ниже, тепловое расширение внутренних стенок будет меньше и деформация окажется не разрушительной.
Учитель. Какую ложку нужно использовать: металлическую, алюминиевую, деревянную, металлическую с деревянной ручкой?
Ученик. Дерево обладает плохой теплопроводностью, поэтому она не поможет снизить температуру горячей воды. Металлы хорошо проводят тепло, они имеют большую теплопроводность. Теплопроводность алюминия больше, чем у металла. Поэтому алюминиевая ложка быстрее нагревается и обжигает руку. Для уменьшения температуры воды в стакане и чтобы не обжечься лучше взять металлическую ложку.
Ученик. Если мы возьмем металлическую ложку с деревянной ручкой, то сможем держать ее, не обжигая руку, так как ручка деревянная, и она не проводит тепло.
Учитель. Проверим на опыте.
Двое из ребят наливают в 4 чашки с различными ложками горячую воду.
Опыт показывает, что учащиеся были правы.
Запишите результат в тетрадях по исследовательской работе.
Учитель. Что еще нужно для того, чтобы стакан не треснул?
Ученик. Надо чай наливать медленно. Наружная поверхность стенки стакана успеет при этом прогреться и деформация ее не произойдет.
Учитель. Что раньше наливать – заварку или кипяток?
Ученик. Так как температура заварки меньше, и поэтому безопаснее раньше налить заварку, а уже потом – кипяток.
Раздача стаканов с чаем. Ребята кладут ложечками сахарный песок в чай и помешивают его.
Учитель. Я вижу, что все довольно активно занялись одной и той же операцией. Это необходимо или делается машинально?
Ученик. Мы положили сахар в чай, чтобы тот имел сладкий вкус. Сахар растворяется в жидкости. Молекулы сахара при этом вследствие своего хаотического движения и диффузии распределяются по всему объему чая. При помешивании кроме диффузии происходит перемешивание слоев жидкости, что убыстряет процесс.
Учитель. Все! Пьем чай! Осторожно: он горячий!
Ученик. Я дую на него.
Учитель. Зачем?
Ученик. Мы дуем на чай, чтобы повысить скорость испарения, удаляя от поверхности жидкости молекулы пара. Когда чай наливаем в блюдце, увеличиваем площадь испарения; процесс испарения идет в большом масштабе и быстрее.
Ученик. Опять физика! А чай вкусный, и мы его с удовольствием пьем.
Все пьют чай с наслаждением.
Учитель. Вот и заканчивается наше чаепитие. Мы обсудили явления, над которыми раньше не очень-то задумывались. Будет хорошо, если вы в дальнейшем будете обращать внимание на окружающую природу и сможете объяснить происходящие явления.
Как вы думаете, какие оценки вы заслужили? Попробуйте себя оценить, и результаты запишите в тетрадь по исследовательской работе.
Домашнее задание: изобразите явления, наблюдавшиеся и обсуждавшиеся на уроке в веселых картинках. Расскажите своим родителям, как правильно заваривать чай.