Види теплопередачі

Олена  Завадська, учитель фізики

Новгород-Сіверського державного ліцею імені К. Д. Ушинського

Цільова група:

●     Учні 8 класу

Тривалість:

●     45 хв.

Мета:

●     ввести поняття «теплопровідність», «конвекція», «випромінювання»;

●     показати практичне значення знань про види теплопередачі;

●     формувати вміння аналізувати факти, що одержуються в ході спостереження фізичних явищ;

●     розвивати вміння ставити запитання, висловлювати власну думку;

●     розвивати вміння використовувати знання на практиці (розвивати творчі здібності), що сприятиме формуванню в учнів підприємницької компетентності; 

●     активізувати уяву, викликати емоційне ставлення до теми,

●     виховувати вміння спостерігати, вміння захоплюватися красою і вишуканістю організації оточуючого світу.

Операційні цілі (завдання): Після закінчення уроку учень  знає

●     поняття «теплопровідність», «конвекція», «випромінювання»; розуміє

●     механізми перебігу цих явищ; вміє

●     розпізнавати явища теплопровідності, конвекції, випромінювання; може

●     пропонувати способи використань знань з теми на практиці; ● самостійно розв`язувати якісні задачі з теми.

Методи і техніки:

1.Створення проблемних ситуацій за допомогою демонстраційного експерименту;

2.Словникова робота;

3.Розв`язування учнями задач, які мають практичну цінність, допомагають краще розуміти фізику життя;

4. Спонукання учнів до самостійної творчої діяльності.

Обладнання:

персональний комп`ютер, мультимедійний проектор,  екран,  фрагменти презентацій, обладнання для проведення дослідів, аркуші - картки, олівці.

Попередні рекомендації до уроку

     Намагайтеся задіяти до живої, творчої праці якомога більше дітей, особливо учнів – кінестетиків. Заохочуйте розвиток творчості учнів уважним ставленням до незвичних запитань, ідей, умійте продемонструвати дітям свою зацікавленість в їх висновках, створюйте зручні випадки для самостійного навчання, не скупіться на похвалу. Пам`ятайте, що основою творчого розвитку є високий рівень пізнавальної мотивації: надзвичайна допитливість, самостійна постановка запитань стосовно всього нового, винахідливість у формулюванні ідей. Викладення нового матеріалу супроводжуйте яскравими фрагментами презентацій ( бажано, щоб це були творчі роботи старших учнів), фрагментами наукових фільмів, докладним поясненням результатів дослідів.

 

План уроку

1. Організаційний момент.

2.Перевірка домашнього завдання, актуалізація опорних знань учнів.

3. Вивчення нового матеріалу (постановка проблем та наступне їх розв`язання).

4.Закріплення нового матеріалу, домашнє завдання.

Хід уроку

I.          Організаційний момент

Привітання. Перевірка готовності учнів до уроку.

II.      Перевірка домашнього завдання,  актуалізація опорних знань учнів

Питання класу

●     Що таке внутрішня енергія?

●     Як можна її змінити?

●     Що таке теплопередача?

III.   Вивчення нового матеріалу 

    Запитайте в учнів, якому небесному тілу зобов`язано своїм існуванням все живе на Землі, що являє собою це потужне джерело життя. Поясніть, що  Сонце-це розжарена газова куля, у надрах якої при величезних температурі і тиску безперервно відбувається термоядерна реакція перетворення водню в гелій. Ця бурна реакція супроводжується виділенням колосальної кількості теплової енергії. Теплова енергія випромінюється у всі сторони. Землі дістається лише її крихітна частинка, якої вистачає не тільки для всього живого, а і для чисельних установок, які вловлюють сонячні промені, примушуючи їх нагрівати воду, або прямо перетворюватися в електричну енергію. Енергія Сонця приходить до нас у вигляді теплових променів, долаючи мільйони кілометрів безповітряного простору. Такий спосіб передачі теплоти (без нагрівання проміжного середовища) називається випромінюванням. 

Дослід 1 «Штучне Сонце». (Обережно! Підвищена небезпека !) Охоплюємо пальцями балон виключеної лампи розжарення. Відчуваємо холод скла. Вмикаємо на 2-3 секунди лампочку. Доки вона горить, відчуваємо в долоні і пальцях тепло. Тільки згасла - знов відчуваємо холод. Свої відчуття при проведенні кожного експерименту коментує дитина – кінестетик, яка своїми запитаннями фактично «зав`язує» проблемну ситуацію. Розкручують її зазвичай своїми міркуваннями більш творчі особистості. (Скло і газ в колбі лампи не встигли нагрітися, значить гріли промені з нитки розжарення). 

Дослід 2 «Що впало – те пропало». Півлітрову  банку ділимо на 6-8 однакових за шириною чорно - білих полос по вертикалі, чергуючи їх (фарбуємо за допомогою гуаші та клею ПВА). Посередині кожної полоси кріпимо воском монетку. Усередину банки ставимо свічку висотою до краю банки, запалюємо її. Через деякий час з певною закономірністю монетки починають відпадати (тільки від тих частин, які пофарбовані в один колір). Чим це спричинено?  (Як відомо, чорна поверхня дужче поглинає тепло, а також більше випромінює його. Тому частини стінок банки, які пофарбовані в чорний колір швидше нагріються і швидше віддадуть поглинуте тепло воску. Віск розтане тут швидше і монетки впадуть раніше).

Дослід 3 «Грію руки». (Обережно! Підвищена небезпека !) Заздалегідь заготовлена жерстяна банка закопчена в полум`ї одним боком. Заливаємо в неї киплячу воду. Тримаємо руки на однаковій відстані з обох боків. Значно тепліше руці, яка розміщена біля закопченої сторони. Чому? (Світла поверхня менше випромінює (менше тепла віддає через випромінювання)). Доцільно згадати де використовують властивості випромінювання: пристрої нічного бачення - ІЧ промені, на танках -ІЧ прожектори, самонавідні ракети (датчик на теплове проміння), зйомка місцевості, дистанційне визначення температури, медицина - хворі органи завжди мають більшу температуру.  

Існують й інші способи поширення теплоти. Один з них називається теплопровідністю (перенесенням енергії від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих в результаті теплового руху та взаємодії частинок, з яких складається тіло). Сама речовина при цьому не переміщується від одного кінця тіла до іншого, перенесення енергії відбувається через молекули.      Вам доводилось брати за ручку каструлю з киплячою водою. Металева ручка дуже гаряча. Спеціально її ніхто не нагрівав, гріли тільки каструлю, але тепло переходило по металу поступово. Різні тверді тіла по – різному проводять тепло. Найкраще це роблять метали, серед яких є чемпіони по теплопровідності – «благородні» платина, золото, срібло. Щоб побачити, як по – різному метали проводять тепло, підберіть дві приблизно однакові по формі та розмірах ложки з різних матеріалів (дослід 4). Прикріпіть до них краплями воску по кнопці. Поставте ложки в стакан так, щоб ручки з кнопками стирчали в різні боки, залийте окріп. Де нагрів відбувся швидше (там, де кнопка раніше злетіла), той метал має більшу теплопровідність.        Із твердих речовин найгірше проводить тепло кераміка, пластмаса, дерево, тканина. Тому гарячу металеву ручку, щоб не обпектися, беруть сухою ганчіркою. А чому не вологою? (Вода краще проводить тепло, ніж сухе повітря).                                                                                                                     

Дослід 5 «Напомацки». Учню пропонують пояснити різницю теплопровідності запропонованих тіл, користуючись лише досвідом власного дотику. Очі зав`язані, а на столі – брусочки з металу, пінопласту, сосни, скляна фігурка (той матеріал, який гірше відводить тепло від людського тіла володіє меншою теплопровідністю). Добре, якщо діти зможуть пояснити, навіщо нам взимку теплоізоляція у вигляді пальта чи шуби (повітря, яке міститься між волокнами вати чи хутра, позбавлене можливості циркулювати від теплого до холодного, а саме повітря – поганий теплопровідник. Для того, щоб відчути мороз, потрібен тривалий час – шуба допомагає зберігати людині її власне тепло). Від надлишкового тепла теж рятує теплоізоляція. Коли космічний корабель (спускний апарат, в якому знаходяться космонавти) з шаленою швидкістю летить в атмосфері Землі, його стінки труться о повітря й сильно розігріваються. Щоб зберегти екіпаж та прилади, застосовують теплостійкий багатошаровий чохол, який здатен витримувати високу температуру.

    В природі існує ще один спосіб поширення теплоти – конвекція (перенесення енергії струменями газу або рідини). Заснована конвекція на тому, що ділянки рідини чи газу при нагріванні стають менш густими та піднімаються вгору. А холодні, важкі шари опускаються вниз. Джерело тепла зазвичай розміщують внизу, тому відбувається безперервний рух нагрітих шарів вгору. А холодних – вниз. Часто використовують вимушену конвекцію – перемішування насосом або мішалкою нерівномірно нагрітої рідини (газу).

Щоб прослідкувати, як відбувається конвекція в рідинах проведемо дослід 6. Потрібно взяти гладку металеву пластинку, покласти на неї кілька кришталиків марганцівки, капнути на них краплю води та покрити тонким шаром воску. Краї застиглої калюжки воску щільно притиснемо до пластинки. Наллємо в стакан воду, накриємо його пластинкою так, щоб віск опинився всередині. Притримуючи стакан рукою, перевернемо його догори дном. Поставимо пластинку зі стаканом на дві опори так, щоб до середини її знизу залишився доступ для свічки. Піднесемо до того місця пластинки, над яким наклеєний віск, запалену свічку. Віск розтане і потік гарячої підфарбованої води спрямується вгору. Ми побачимо циркуляцію струменів води – теплі струмені підуть вгору, холодні – вниз.

Для демонстрації конвекції в повітрі можна запропонувати учням вирізати вдома паперову змійку з круга невеликого діаметру (показати зразок), закріпити її хвостом на нитці і обережно піднести до нагрітої поверхні (змійка обертається в потоці висхідного теплого повітря) 

IV Закріплення нового матеріалу

Питання класу

●     Які ви знаєте види теплопередачі?

●     Завдяки якому виду теплопередачі нагріваються верхні шари атмосфери?

●     Чому вислів «шуба гріє» неправильний?

●     В яких тілах теплопередача може відбуватися випромінюванням?

●     В якому одязі комфортно людині влітку: в темному чи світлому?

●     Що таке вітер?

Домашнє завдання

  Проаналізувати  відповідний параграф підручника, продумати способи збереження тепла у власній оселі, за бажанням зробити добірку  домашніх експериментів + індивідуальні дом. задачі

Список використаної літератури:

1.   Поясни, узнай, зроби сам. Упорядник: Кривошея А. С.-Київ: «Радянська школа», 1968.

2.   Ф. Рабіза. Космос у тебе вдома. Київ «Дитяча література».1987

 

 

 

 

 

 

 

 

                

Додаток 1( індивідуальні домашні задачі)

Папір не горить

Поклади на невелику дощечку монету і накрий її папірцем. Після цього натягни папірець так, щоб він щільно притискав монету до дощечки, і, перевернувши дощечку з натягнутим на ній папірцем, потримай її деякий час над полум`ям свічки. Якщо ти тепер подивишся на папірець, то виявиться, що навколо монети він почорнів, обвуглився, а над монетою залишився  майже зовсім білим. Як ти думаєш, чому? (Метал має значно більшу теплопровідність, ніж дерево. Тому в місці, де папір накриває монету, тепло, яке дістає папір, швидко поглинається металом і папір не встигає нагрітися так, щоб почати тліти )

Сніг і грунт

Відомо, що пухкий сніг добре захищає грунт від промерзання, тому, що сніг має в собі багато повітря, яке є поганим провідником тепла. Але ж і до грунту, не покритого снігом, прилягають шари повітря. Чому ж у цьому разі він дуже промерзає? (Повітря, яке стикається з не покритою снігом землею, весь час перебуває в русі, переміщується. Це рухоме повітря відбирає від землі тепло і підсилює випаровування з неї вологи, тоді як повітря, яке є між частинками снігу, малорухоме і, як поганий провідник тепла, захищає землю від промерзання)

  

Замерзають на льоту

У дуже великий мороз птахи частіше замерзають на льоту, ніж сидячи на місці. Чим це можна пояснити? (Під час морозу птахи сидять, розпушивши пір`ячко, створюючи тим самим «повітряну сорочку» навколо свого тіла. Під час польоту повітря навколо тіла птаха весь час змінюється, відбираючи тепло. Ця втрата тепла може бути дуже великою)  

 

Чому саме тут?

Чому радіатори центрального опалення встановлюють під вікнами? (Узимку кімнатне повітря, яке охолоджується біля вікна, як густіше і важче, опускається вниз до батареї, витісняючи звідти менш густе нагріте повітря. Потім воно само нагрівається від батареї і в свою чергу витісняється новими течіями холодного повітря, яке опускається від вікна. Таким чином біля вікна відбувається циркуляція повітря, внаслідок чого кімната краще і рівномірніше нагрівається. Якби батареї були встановлені на відстані від вікна,то холодне повітря рухалося б через усю кімнату, нижні шари повітря в кімнаті були б холоднішими, повітря переміщувалося б довше, і кімната прогрівалася б повільніше). 

 

Розкинувшись

Чому в холодну погоду тварини сплять, згорнувшись у клубок, а коли тепло, то вони  сплять «розкинувшись»? (Згортаючись у клубок, тварини значно зменшують зовнішню поверхню свого тіла, що зменшує віддачу тілом тепла)