Методична розробка уроку з фізики на тему: "Теплова рівновага тіл"

Тема уроку:  Тепловий стан тіл. Температура та її вимірювання

Мета уроку:

навчальна вивчити умови теплової рівноваги, поняття «температура» ознайомити з основними способами її вимірювання; пояснити будову і принцип роботи різних видів термометрів.

розвивальна:

•      розвивати пізнавальні навички учнів;
•      розвивати творчі здібності учнів, прищеплювати зацікавлення до інтелектуальної праці.

виховна:

•      виховувати уважність, зібраність, спостережливість.

 

Формування ключових компетентностей:

✵ основні компетентності у природничих науках і технологіях;

 

✵ інформаційно-цифрова компетентність;

 

✵ математична компетентність;

 

✵ уміння вчитися впродовж життя.

 

Тип уроку: комбінований.

Матеріально-технічне забезпечення : ПК, мультимедійний проєктор, екран.

Навчально-методичне забезпечення: «Фізика (рівень стандарту, за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Ляшенка О.І.)»: підручник для 10 класу закладів загальної середньої освіти/ ( В. Г. Бар’яхтар, С. О.  Довгий,       Ф.  Я., Божинова, О. О. Кірюхіна); за ред.   В. Г. Бар’яхтара, С.О Довгого. - Харків: Вид-во «Ранок», 2018.-271 с. іл.), презентація «Тепловий стан тіл. Температура та її вимірювання», підручник, термометр рідинний-2 шт., термометр-2 шт., ємності з гарячою та холодною водою»,  опорні конспекти «Теплова рівновага, температура», відеофрагменти: «Теплова рівновага», «Цікаві факти про термометр».

Очікувані результати: здобувачі освіти розкривають сутність поняття температури як фізичної величини, застосовують формули вимірювання температури за шкалами Цельсія і Кельвіна при обчислені розрахункових задач; використовують отримані знання для пояснень фізичних дослідів.

 

 

 

 

План – схема уроку

 

Етап уроку	Час, хв.	Форми і методи діяльності викладача	Результат діяльності
I. Організаційний момент.	2 хв.	Привітання. Відмітка присутніх в журналі.	Організувати початок роботи.
ІІ. Актуалізація опорних знань.	8 хв.	Інтерактивна вікторина «Основне рівняння МКТ».	Повторення вивченого матеріалу, розвиток логічного мислення.
IIІ. Мотивація навчальної діяльності.	3 хв.	Проблемне питання.	Мотивація до навчальної діяльності учнів.
IV. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу.	15 хв.	Пояснення викладача. Захист учнівських проєктів.	Засвоєння навчального матеріалу.
V. Узагальнення знань.	10 хв.	Інтерактивна вправа «Колесо фортуни». Робота в групах «Експериментальне завдання» (резервна вправа) Фізичний фокус (резервна вправа)	Узагальнення матеріалу.
VІ. Підсумки уроку.	5 хв.	Аналіз очікуваних результатів. Вправа «Похвали себе сам» (резервна вправа). Виставлення оцінок.	Оцінка ефективності уроку.
VIІ. Оголошення домашнього завдання.	2 хв.	Завдання репродуктивного характеру.	Повторення вивченого матеріалу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хід уроку

1. Організаційний момент
2. Привітання

Викладач. Доброго дня  учні. Староста групи доповість нам про явку учнів на урок. Відкриваємо робочі зошити, записуємо тему уроку: «Тепловий стан тіл. Температура та її вимірювання».

Хочу розпочати наш урок словами Аристотеля: «Розум – це не тільки знання, а й уміння застосовувати ці знання на практиці».

Метою уроку є вивчення умови теплової рівноваги і  поняття «температура», познайомимося з основними способами вимірювання температури; з’ясуємо будову і принцип роботи термометра

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ

Викладач. Повторимо матеріал попередніх уроків виконуючи інтерактивну вправу. Вам слід дати правильні відповіді на поставлені питання. Увага на екран.

https://wordwall.net/resource/68320113/%D1%84%D1%96%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0/%D1%96%D0%B4%D0%B5%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D0%B9-%D0%B3%D0%B0%D0%B7-%D1%82%D0%B0-%D1%96%D0%B7%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D0%B8

1. Рівняння, що пов’язує параметри газу(Відповідь: рівняння Клапейрона)
2. Для газу даної маси тиск змінюється пропорційно до температури (Відповідь: ізохорний процес)
3. Для газу даної маси добуток тиску на об’єм є сталим (Відповідь: під час ізотермічного процесу)
4. Добуток сталої Авогадро на сталу Больцмана (Відповідь: універсальна газова стала)
5. Як змінеться тиск газу при незмінному обєму із зростанням температури (Відповідь: збільшеться)
6. Процес зміни стану газу при сталій температурі (Відповідь:ізотермічний)
7. Рівняння стану ідеального газу має вигляд (Відповідь: p V = (m/M) R T)
8. Процес, що відбувається при сталому тиску, який залишається незмінним (Відповідь: ізобарний)
9. Для ідеального газу при сталій температурі добуток тиску (P) на об'єм (V) є сталою величиною (Відповідь: ізотермічний, Бойля-Маріотта)
10. Для ідеального газу тиск (P) прямо пропорційний абсолютній температурі (T) при сталому об'ємі: P/T = const.(ізохорний, Шарля)

 

IІІ. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Викладач. Усім змалку є звичними слова: гаряче, тепле, холодне.

«Обережно, чашка гаряча, обпечешся»,— застерігали нас дорослі. Ми не розуміли, що означає «гаряча», торкалися чашки — і обпікалися.

 «Доведеться побути в ліжку. Температура висока»,— наполягав лікар...

А що ж таке температура з погляду фізики? Протягом сьогоднішнього уроку ми дізнаємось відповідь на це питання.

IV. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу

Викладач.

1. Знайомимося з поняттям «температура»

Початкових уявлень про температуру людина набула за допомогою дотику. Але відчуття тепла або холоду є суб’єктивними. За однакової кімнатної температури:

а — гладенький папір здається холоднішим, ніж шорсткий килимок; металеві предмети здаються холоднішими від дерев’яних або пластмасових.

 

б — якщо занурити ліву руку в теплу воду, праву — в холодну, а через деякий час обидві руки помістити в посудину з водою кімнатної температури, то виникне дивне відчуття: ту саму воду ліва рука сприйме як холодну, а права — як теплу.

Тобто, відчуття можуть нас обманювати. Пропоную переглянути відеофрагмент (https://www.youtube.com/watch?v=9vc58huQYlM)

Викладач.

2. Вводимо поняття теплової рівноваги

Коли більш нагріте тіло контактує з менш нагрітим, то більш нагріте тіло завжди охолоджується, а менш нагріте — нагрівається.

 

До того ж можуть змінюватися й інші властивості тіл:

• вони можуть стати більшими або меншими за розмірами;
• перейти в інший агрегатний стан;
• краще чи гірше проводити електричний струм;
• можуть випромінювати світло іншого кольору.

 

Натомість однаково нагріті тіла, контактуючи одне з одним, не змінюють своїх властивостей, і тоді кажуть, що ці тіла перебувають у стані теплової рівноваги.

 

Наприклад:

• книжки перебувають у стані теплової рівноваги зі столом;
• дерево перебуває у стані теплової рівноваги з повітрям;
• іграшки перебувають у стані теплової рівноваги з водою.

     

 

Температура — це фізична величина, яка характеризує стан теплової рівноваги системи тіл.

 

3. Дізнаємось про фізичний зміст температури

Із курсу фізики ви знаєте, що температура тіла тісно пов’язана зі швидкістю хаотичного руху його частинок (атомів, молекул, йонів).

Тепловий рух — це хаотичний рух молекул і атомів, який визначає температуру тіла.

Частинки тіла завжди рухаються, отже, завжди мають кінетичну енергію.

Чим швидше рухаються частинки, тим вища температура тіла.

Швидкість руху окремих частинок (а отже, їхня кінетична енергія) постійно змінюється. Але в стані теплової рівноваги середня кінетична енергія частинок усіх тіл системи (тобто кінетична енергія, що припадає в середньому на одну частинку) є однаковою.

Температура — міра середньої кінетичної енергії хаотичного руху частинок, із яких складається тіло.

4. Вимірюємо температуру

Термометри — прилади для вимірювання температури.

Перший термометр (термоскоп) сконструював Галілео Галілей.

Поточне значення температури визначається по нижньому поплавцю, який ыз зниженням температури опускається вниз, а із збільшенням-піднімається вгору.

  

Дія термометрів заснована на тому, що зі зміною температури тіла змінюються певні властивості цього тіла.

Види термометрів

а — рідинний (мірою температури є довжина стовпчика рідини);

б — металевий (біметалічна пластинка, яка з’єднана зі стрілкою термометра, вигинається в результаті нагрівання);

в — термометр опору (зі зміною температури змінюється опір робочої частини термометра);

г — медичний (унаслідок зміни температури змінюється колір відповідної ділянки термометра)

 

Пропоную переглянути відеофрагмент «Цікаві факти про термометр»

 (https://www.youtube.com/watch?v=2owyHM6q4TM)

Зусиллями шведського вченого Андерса Цельсія в 1742 створено шкалу для вимірювання температури, якою ми користуємося й сьогодні.

 

 

а — температурі танення льоду приписують значення 0 °С;

 

б — температурі кипіння води приписують значення 100 °С.

 

 

Поділивши відстань між позначками 0 і 100 °С на сто рівних частин, дістанемо термометр, який проградуйовано за шкалою Цельсія, та одиницю температури за цією шкалою — градус Цельсія (°C).

1 °C дорівнює одній сотій частині зміни температури води під час її нагрівання від температури плавлення до температури кипіння за нормального атмосферного тиску.

Температуру, виміряну за шкалою Цельсія, позначають символом t:

[t] = °C.

У СІ за основну одиницю температури взято кельвін (K).

(Нуль цієї шкали є умовною точкою відліку й відповідає такому тепловому стану тіла, за якого припинився б тепловий рух атомів і молекул.).

При цьому 1°C = 1 К.

T = t + 273,15; t = T– 273,15

 

Захист учнівських проєктів

Учні групи 27 підготували проєкти, які зараз  вам представлять. Перша група преставить проєкти на теми: «Температурні рекорди у природі» та «Температурні рекорди у техніці». Інша група – «Температура й людський організм», «Найвищі температури на Землі».

 

Учень 1

Температурні рекорди у природі

Найхолодніше місце на Землі знаходиться на Південному полюсі нашої планети. Тут 10 серпня 2010 р. за допомогою обладнання космічного супутника Landsat-8 було зафіксовано температуру –93,2 °С. Для порівняння: одним із найхолодніших місць у Сонячній системі є темний кратер на Місяці (–238 °С).

Найхолодніший об’єкт, що відомий ученим, розташований у сузір’ї Кентавра на відстані 5000 світлових років від Землі. Температура там становить усього 1 Кельвін, або –272,15 °С, що на один градус вище абсолютного нуля. За цієї температури замерзає навіть водень — найлегший із усіх відомих газів.

 

 

Температурні рекорди у техніці

 

За низьких та наднизьких температур речовини мають унікальні властивості, що збільшує перспективи їхнього використання в сучасній науці та техніці. Отримання речовин за наднизьких температур та дослідження їхніх властивостей здійснюють у кріогенних лабораторіях.

В Україні дослідження речовин в умовах наднизьких температур розпочалося у створеному в Харкові в 1928 р. Українському фізико-технічному інституті (УФТІ). Завдяки першому директору УФТІ І. В. Обреїмову було засновану одну з найпотужніших у Європі кріогенну лабораторію. У 1930 р. лабораторію очолив Л. В. Шубніков. За часів його керівництва розпочато дослідження проблем надпровідності, магнетизму, термодинамічних властивостей речовин в умовах наднизьких температур. Уже в 1930 р. співробітники лабораторії розробили технологію отримання рідкого азоту, у 1931-му — рідкого водню, у 1932-му — рідкого гелію.

Учень 2

Температура й людський організм

Середня температура людського тіла зазвичай коливається в діапазоні між 36,5 і 37,2 °С.

Критично висока температура тіла — 42 °С, за неї відбувається порушення обміну речовин у тканинах мозку.

Вважається, що організм людини краще пристосований до холоду. Наприклад, зниження температури тіла до 32 °С викликає озноб, але не становить серйозної небезпеки. За температури 27 °С настає кома, відбувається порушення серцевої діяльності та дихання. Температура тіла нижче 25 °С є критичною. Проте відомі випадки, коли деяким людям вдалося вижити, перебуваючи тривалий час у сніговому заметі.

Виявлено, що за короткотривалого контакту з дуже низькими температурами організм людини миттєво мобілізує свої захисні сили, прискорює обмінні процеси й запускає механізми самолікування. Таку процедуру здійснюють у кріосаунах, де використовується повітряно-азотна суміш, що має температуру –140 °С. Триває ця процедура близько 2–3 хвилин.

Дівчатка можуть хизуватися термолаком для нігтів. Він має властивість змінювати свій колір залежно від температури. За його відтінками можна оцінити, чи холодно рукам. Якщо відтінок світлий — руки теплі, якщо темний — то треба хутчіше зігрітися.

 Учень 3

Найвищі температури на Землі

Найвища температура на Землі — в пустелі на півдні Ірану, де у 2005 р. температура піднялася до 70,7 °С.

На глибині 30–50 км надра Землі нагріті до 1000–1200 °С. Установлено, що поміж зірок найвища температура — на так званих блакитних зорях, температура їх поверхні 10 000 – 30 000 °С. У надрах зорі мають ще вищу температуру. За підрахунками вчених, ця температура становить кілька мільйонів градусів Цельсія.

Як не дивно, але температурний рекорд із найвищих температур у Всесвіті (близько 10 трильйонів °С) було встановлено 7 листопада 2011 р. в Швейцарії під час експерименту на Великому адронному колайдері (найпотужнішому прискорювачеві найдрібніших часток).

 

 

 

 

ІV. Узагальнення знань

Викладач. А зараз ви зможете перевірити, як ви засвоїли сьогоднішній матеріал, виконуючи вправу «Колесо Фортуни»

Інтерактивна вправа «Колесо Фортуни»

 

https://wordwall.net/uk/resource/60146609/%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0

1. Коли зручніше користуватися спиртовим, а коли ртутним термометром? (Учень. При низьких температурах використовують спиртовий термометр, оскільки спирт замерзає при –112 °С, а ртуть — при –39 °С. А при високих зручніше користуватися ртутним термометром, оскільки температура кипіння спирту при нормальному тиску дорівнює 78 °С, а ртуті 360 °С).

2. Чим незручний був би термометр із водою замість ртуті? (Учень. Вода розширюється менше, ніж ртуть, за однакової зміни температури. Це означає, що стовпчик води в термометрі буде значно менше підніматися або опускатися, роблячи вимірювання менш точними та менш помітними для візуального контролю)

3. Чому розміри термометра повинні бути невеликими порівняно з розмірами тіла, температуру якого вимірюють цим термометром? (Учень. невеликий прилад швидше набуде температури тіла, не створюючи при цьому значних теплових втрат чи надмірної маси.)

4. Чому показання медичного термометра варто дивитися лише через 5 хв після того, як він був поставлений хворому? (Учень. це мінімальний час, необхідний для стабілізації температури тіла пацієнта та досягнення точного вимірюванн

5. Що показує термометр — температуру тіла чи температуру самого термометра?

(Учень. Термометр завжди показує свою власну температуру, отже, вимірюючи температуру будь-якого тіла, слід дочекатися стану теплової рівноваги між тілом і термометром).

6. Розташуйте подані показники температури у порядку зростання:

-12 °С, + 21 °С, 0 °С, +15 °С, - 23 °С (Учень біля дошки:- 23 °С, -12 °С,0, 15°С,21°С)

7. Розташуйте подані показники температури у порядку спадання:

+31 °С, 0 °С, -13 °С, -35 °С, +11 °С (Учень біля дошки: +31 °С,+11 °С, 0 °С, -13 °С, -35 °С)

8. Уранці учень виміряв температуру свого тіла, і з’ясувалося, що вона становить 37,8 °С. На скільки ця температура має зменшитися, щоб лікар дозволив хлопчику йти до школи? (Учень. 37.8-36.6=1.2°С)

9. Ціна поділки ртутного термометра становить 0,5 °С, а відстань між найближчими рисками на шкалі — 1 мм. На скільки зміниться довжина стовпчика

ртуті в термометрі, якщо температура підвищиться на 15 °С?

(Учень.

1.Визначимо кількість поділок, що відповідають зміні температури 15/0.5=30

2.Розрахуємо зміна стовпчика ртуті в термометрі 30*1 мм.рт.ст=30 мм

Відповідь: 30 мм)

10. Запропонуйте свій спосіб градуювання термометра, тобто створіть свою температурну шкалу.

Учень.

 

Щоб градуювати будь-який термометр, потрібні дві фіксовані точки, значення яких легко відтворити:

• Точка плавлення льоду при нормальному тиску (0 °C у звичній шкалі Цельсія).
• Точка кипіння води при нормальному тиску (100 °C).

Але я створю власну шкалу і задам інші умови:

• Нуль (0 °М) → температура тіла людини (близько 36,6 °C).
• Сто (100 °М) → температура кипіння води (100 °C).

Цю шкалу назвемо умовно "Фізіошкала" (°М), бо базується на фізіологічному орієнтирі — температурі людини.

Фізичний експеримент

 

Викладач. Ви поділені на  дві групи. Кожна група :

1 .Ознайомтеся з будовою різних термометрів.  З’ясуйте особливості їх застосування під час вимірювання температури.

2. Визначте діапазон вимірювання температури, ціну поділки та одиниці температури для кожного термометра.

3 . За допомогою різних термометрів виміряйте температуру одного й того самого тіла, порівняйте результати та зробіть висновок.

4 . Визначте похибку вимірювання для кожного термометра та з’ясуйте, який із них є найточнішим.

Проведення інструктажу з безпеки життєдіяльності учнів.

Виконання роботи згідно інструкції.

Оформлення письмового звіту.

	Термометр 1	Термометр 2
Для вимірювання якої величини призначений
Одиниці
Нижня межа вимірювання
Верхня межа вимірювання
Ціна поділки

 

	Покази
Температура холодної води
Температура горячої води
Температура суміші
Температура в класній кімнаті
Температура повітря

 

 

 

 

Фізичний фокус

Викладач. Оскільки сьогодні ми говорили про найвищі значення температури води, то я вам пропоную дати відповідь на таке питання «Чи можна за допомогою лише шприца змусити воду закипіти»?

 

Учень. Так, це можливо. Проведемо дослід. Вода може закипіти у шприці при значному зниженні тиску, що призводить до зниження її температури кипіння, навіть при кімнатній температурі. Це відбувається, коли поршень шприца тягнути назад, створюючи вакуум і зменшуючи тиск повітря над поверхнею води, що дозволяє молекулам води перейти в газоподібний стан. Для цього

1. Набираємо у шприц невелику кількість води, приблизно на 1/4 або 1/3 об'єму. 
2. Створення вакууму: 

Закриваємо отвір шприца пальцем або пробкою. Потягніть поршень назад, щоб створити низький тиск усередині циліндра. 

3. Спостереження: 

Завдяки зменшеному тиску, вода почне закипати, утворюючи бульбашки пари, що свідчить про її перехід у газоподібний стан, навіть без нагрівання. 

 

VІ. Підсумки уроку

 

Викладач. Усі ви гарно працювали протягом уроку, то наступною вправою, яку я вам пропоную виконати є «Похвали себе сам». Із великих літер у словах складіть самі собі похвалу:

Енергія пОтенЦіаЛЬна темпераТура ДжОуль.

Хотілось би відмітити роботу таких учнів як (виставлення оцінок)

Викладач. Часто кажуть у народі:

Що посієш - те й пожнеш.

Лиш озброївшись знаннями,

Впевнено вперед підеш.

Тож бажаю вам щасливої подорожі по «країні знань»!

 

 

VІІ. Домашнє завдання

Вивчити § 29, Вправа 29 № (1-4)