Конспект уроку "Кристалізація і плавлення"

Тема: Плавлення і кристалізація твердих тіл. Питома теплота плавлення.

Мета: навчити учнів розуміти суть теплових процесів – плавлення й кристалізації; розвивати логічне мислення та вміння розв'язувати задачі на обчислення кількості теплоти, що необхідна для плавлення тіл певної маси або виділяється під час кристалізації тіл; виховувати наполегливість у досягненні мети.

Тип уроку: комбінований

Зміст нового навчального матеріалу:

1. Поняття про плавлення та кристалізацію

2. Питома теплота плавлення

3. Внутрішня енергія в різних агрегатних станах за однакової температури

4. Кількість теплоти при кристалізації

5. Кількість теплоти, яка поглинається під час плавлення (виділяється під час кристаліза­ції) речовин

Список використаних літературних джерел:

1. Божинова Ф. Я. Фізика. 8 клас: Підручник / Ф. Я. Божинова, І. Ю. Ненашев, М. М. Кірюхін. – Х.: Видавництво «Ранок», 2008. – 256 с.: іл.
2. Ненашев І. Ю. Фізика. 8 клас: Збірник задач / І. Ю. Ненашев. – Х.: Веста: Видавництво «Ранок», 2008. – 176 с.
3. Татарчук Н. В. Фізика. 8-11 класи: Навч. посібник. – Х.: Країна мрій^тм, 2006. – 256 с.

Хід уроку

І. Організація класу.

Сьогодні у нас відбудеться урок вивчення нового матеріалу. Запишіть в зошити тему уроку «Питома теплота згоряння палива. ККД нагрівника». Отож розпочнемо.

ІІ. Актуалізація опорних знань

Гра «Найрозумніший»

1.  У яких агрегатних станах може перебу­вати речовина?

2. Що таке внутрішня енергія?

3. Що таке кількість теплоти?

4. Які ви знаєте одиниці вимірювання кіль­кості теплоти?

5. Що характеризує температура?

6. На які дві групи поділяються тверді ре­човини?

7. У чому подібність і в чому відмінність кристалічних і аморфних речовин?

8. Чому тверді тіла зберігають об'єм і фор­му?

9. Як рухаються молекули в рідині?

10. Чому гази займають весь наданий об'єм?

IІI. Мотивація навчальної діяльності

Візьмемо шматок свинцю або олова, розплю­щимо його молотком і покладемо на кінчик ножа. Запалимо свічку і внесемо ніж зі шматком металу у верхню частину полум'я. Під час нагрівання може­мо перевірити стан металу дотиком шпильки або голки. Коли метал розплавиться, вилиймо його в чашку з водою. Що бачимо і чому? (Коли знижувати температуру металу, то він кристалізується).

ІV. Вивчення нового матеріалу

1. Поняття про плавлення та кристалізацію

Плавлення – це процес переходу речовини з твердого стану в рідкий. Розглянемо графік залежності температури кристалічного тіла (льоду) від часу його нагрі­вання.

З графіка видно, що спостереження за процесом розпочалося, коли температура льоду становила -40 °С. Лід спочатку не плавився, а лише нагрівав­ся. Він нагрівся до певної температури, в нашому випадку це 0 °С, і лише тоді почав плавитися (ді­лянка АВ графіка).

Отож, щоб розплавити тіло, його спочатку потрібно нагріти до певної температури. Таку температуру називають температурою плавлення речовини. Одні кристалічні тіла плавляться за ви­сокої температури, а інші – за низької. Розгляньте в підручнику таблицю «Температура плавлення та кристалізації деяких речовин за нормального атмосферного тиску».

У цій таблиці немає аморфних речовин, бо вони, як вам відомо, не мають певної температури плавлення.

З графіка видно, що протягом усього часу плав­лення (ділянка ВС графіка) температура льоду не змінювалася, хоча лід отримував певну кількість теплоти. Із закону збереження енергії випливає, що енергія не може зникнути. На що ж витрачала­ся ця кількість теплоти, надана льоду до того часу, коли він почав плавитися? (Учні висувають свої гіпотези.)

Ми знаємо, що в кристалах частинки, з яких вони складаються, розміщені в строгому порядку, однак вони коливаються навколо центрів рівно­ваги. Під час нагрівання тіла середня швидкість частинок, а також кінетична енергія і температу­ра зростають. Унаслідок цього розмах коливань частинок збільшується. Коли тіло нагрівається до температури плавлення, то порядок розміщення частинок у кристалах порушується. Кристали втрачають свою форму: речовина переходить із твердого стану в рідкий.

Звернемося знову до графіка. Після того, як увесь лід розплавився і перетворився на воду, температура знову почала підвищуватися (ділянка CD). Коли вона становила +40 °С, пальник забрали. Як видно з графіка, температура почала знижуватися, тобто вода почала охолоджуватися (ділянка DE). Коли її температура досягла 0 °С, почався про­цес тверднення (кристалізації) води (ділянка EF).

Перехід речовини з рідкого стану в твердий називають твердненням, або кристалізацією. Щоб відбувався процес кристалізації, необхідно рідину охолодити до певної температури. Як бачи­мо, у прикладі з водою це температура 0 °С.

Температуру, за якої речовина твердне (крис­талізується), називають температурою тверд­нення, або кристалізації. Дослід показує, що речовини тверднуть за тієї самої температури, що і плавляться.

Як ми бачимо з графіка, поки вся вода не за­тверділа, її температура не змінилася. Лише після того, як уся вода перетворилася на лід, температура льоду почала зменшуватися (ділянка FK).

2. Питома теплота плавлення

Як ви думаєте, чи однакова кількість теплоти потрібна для того, щоб перетворити різні криста­лічні тіла однакової маси на рідину за температури плавлення? Логічно припустити, що різну, адже в різних речовинах різні сили притягання між час­тинками. Отож, доречно ввести фізичну величину, яка б характеризувала певну речовину і дорів­нювала кількості теплоти, яку необхідно надати твердій кристалічній речовині масою 1 кг, щоб за температури плавлення повністю перетворити її на рідину. Такою фізичною величиною є питома теплота плавлення. Позначається вона символом λ, обчислюється за формулою:

Дж/кг – одиниця цієї величини. Питому тепло­ту плавлення визначають дослідним шляхом і фіксують у таблицях. Розглянемо таблицю «Питома теплота плавлення деяких речовин за нормального атмосферного тиску». Знайдіть у таблиці питому теплоту плавлення льоду. Що означає це число?

3. Внутрішня енергія в різних агрегатних станах за однакової температури

Давайте порівняємо внутрішню енергію речо­вини за температури плавлення в рідкому стані і внутрішню енергію такої самої речовини в твердо­му стані. (Учні висувають свої гіпотези з пояснен­нями.)

Робимо висновок: за однакової температури внутрішня енергія речовини в рідкому стані більша, ніж у твердому.

4. Кількість теплоти при кристалізації

Старанно проведені досліди показують, що при твердненні кристалічної речовини виділяється точно така сама кількість теплоти, яка поглинаєть­ся при її плавленні. Спробуйте пояснити з точки зору молекулярної теорії, як відбувається процес кристалізації.

5.  Кількість теплоти, яка поглинається під час плавлення (виділяється під час кристаліза­ції) речовин

Кількість теплоти, яка потрібна для плавлення кристалічного тіла, узятого за температури плав­лення і нормального атмосферного тиску, визна­чається за формулою: Q = λm.

За цією ж формулою визначається кількість теплоти, яка виділяється під час кристалізації.

V. Закріплення та узагальнення знань

1. Задача.

На дошці розв‘язуємо задачу: Яка кількість енергії потрібна для плавлення бруска з циклу масою 0,5 кг, який взято при температурі 20^ºС.

VI. Домашнє завдання

1. § 44, 45.
2. Яка кількість теплоти виділяється при кристалізації 3,5 кг вольфраму?