Урок "Движение молекул и тепловое состояние тел. Температура. Термометры."

Тема Движение молекул и тепловое состояние тел. Температура. Термометры.

Цели Определяет понятие «температура»

формулирует понятие теплового равновесия

использует  физический смысл понятия температуры

называет способи измерения температуры

Понимает суть теплового движения молекул.

Формулирует принцип строения температурной шкалы Цельсия

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Здравствуйте, садитесь. 

2. Изучение нового материалла

При изучении механики нас интересовало движение тел. Теперь мы рассмотрим явления, связанные с изменением свойств покоящихся тел. Мы будем изучать нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов, кипение воды и т. д. Подобные явления называют тепловыми явлениями.

Мы знаем, что при нагревании холодная вода сначала становится теплой, а затем горячей. Вынутая из пламени металлическая деталь постепенно охлаждается. Воздух, окружающий батареи с горячей водой, нагревается и т. д.

Словами "холодный", "теплый", "горячий" мы обозначаем тепловое состояние тел. Величиной, характеризующей тепловое состояние тел, является температура.

Всем известно, что температура горячей воды выше температуры холодной. Зимой температура воздуха на улице ниже, чем летом.

Слайд 2.

Все молекулы любого вещества непрерывно и беспорядочно (хаотически) движутся.

Беспорядочное хаотическое движение молекул называется тепловым движением.

Слайд 3.

- Скажите, в чём отличие теплового движения от механического?

В нём участвуют много частиц с разными траекториями. Движение никогда не прекращается. (Пример: броуновское движение)

Демонстрация модели броуновского движения

Слайд 4.

- От чего зависит тепловое движение?

• Опыт №1: Опустим кусок сахара в холодную воду, а другой в горячую. Какой растворится быстрее?
• Опыт №2: Опустим 2 куска сахара (один больше другого) в холодную воду. Какой растворится быстрее?

Слайд 5.

Вопрос о том, что такое температура, оказался очень сложным. Чем, например, горячая вода отличается от холодной? В течение долгого времени на этот вопрос не было ясного ответа. Сегодня мы знаем, что при любой температуре вода состоит из одних и тех же молекул. Тогда что именно изменяется в воде при увеличении ее температуры? Из опыта мы увидели, что в горячей воде сахар растворится значительно быстрее. Растворение происходит из-за диффузии. Таким образом, диффузия при более высокой температуре происходит быстрее, чем при низкой.

Но причиной диффузии является движение молекул. Значит, между скоростью движения молекул и температурой тела есть связь: в теле с большей температурой молекулы движутся быстрее.

Но температура зависит не только от средней скорости молекул. Так, например, кислород, средняя скорость движения молекул которого составляет 440 м/с, имеет температуру 20 °С, а азот при той же средней скорости молекул имеет температуру 16 °С. Меньшая температура азота обусловлена тем, что молекулы азота легче молекул кислорода. Таким образом, температура вещества определяется не только средней скоростью движения его молекул, но и их массой. Это же мы видим и в опыте №2.

Мы знаем величины, которые зависят как от скорости, так и от массы частицы. Это - импульс и кинетическая энергия. Учеными установлено, что именно кинетическая энергия молекул определяет температуру тела: температура является мерой средней кинетической энергии частиц тела; чем больше эта энергия, тем выше температура тела.

Итак, при нагревании тел средняя кинетическая энергия молекул увеличивается, и они начинают двигаться быстрее; при охлаждении энергия молекул уменьшается, и они начинают двигаться медленнее.

Слайд 6.

Температура- величина, которая характеризует тепловое состояние тела. Мера “нагретости” тела. Чем выше температура тела, тем большую в среднем энергию имеют его атомы и молекулы.

Слайд 7.

- Можно ли только полагаться на свои ощущения, что бы судить о степени нагретости тела?

• Опыт №1: Дотронуться одной рукой до деревянного предмета, а другой до металлического.

Сравните ощущения

Хотя оба предмета находятся при одной температуре, одна рука ощутит холод, а другая тепло

• Опыт №2: возьмём три сосуда с горячей, тёплой и холодной водой. Опустить одну руку в сосуд с холодной, а другую в сосуд с горячей водой. Через некоторое время обе руки опустить в сосуд с тёплой водой

Сравните ощущения

Рука, которая была в горячей воде теперь ощущает холод, а рука, которая была в холодной воде теперь ощущает тепло, хотя обе руки находятся в одном сосуде

Слайд 8.

Мы доказали, что наши ощущения субъективны. Необходимы приборы, подтверждающие их.

Приборы, служащие для измерения температуры, называются термометрами. Действие такого термометра основано на тепловом расширении вещества. При нагревании столбик используемого в термометре вещества (например, ртути или спирта) увеличивается, при охлаждении уменьшается. Первый жидкостный термометр был изобретен в 1631 г. французским физиком Ж.Реем.

Слайд 9.

Температура тела будет изменяться, пока не придёт в тепловое равновесие со средой.

Закон теплового равновесия: у любой группы изолированных тел через какое-то время температуры становятся одинаковыми, т.е. наступает состояние теплового равновесия.

Следует помнить, что любой термометр всегда показывает свою собственную температуру. Для определения температуры среды термометр следует поместить в эту среду и подождать до тех пор, пока температура прибора не перестанет изменяться, приняв значение, равное температуре окружающей среды. При изменении температуры среды будет изменяться и температура термометра.

Слайд 10.

Несколько иначе действует медицинский термометр, предназначенный для измерения температуры тела человека. Он относится к так называемым максимальным термометрам, фиксирующим наибольшую температуру, до которой они были нагреты. Измерив свою собственную температуру, вы можете заметить, что, оказавшись в более холодной (по сравнению с человеческим телом) среде, медицинский термометр продолжает показывать прежнее значение. Чтобы вернуть столбик ртути в исходное состояние, этот термометр необходимо встряхнуть.

С лабораторным термометром, используемым для измерения температуры среды, этого делать не нужно.

Слайд 11.

Использующиеся в быту термометры позволяют выразить температуру вещества в градусах Цельсия (°С).

А. Цельсий (1701-1744) - шведский ученый, предложивший использовать стоградусную шкалу температур. В температурной шкале Цельсия за нуль (с середины XVIII в.) принимается температура тающего льда, а за 100 градусов - температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

- Об истории развития термометров послушаем сообщение

Слайд 12.

Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды. Недостаток: различные жидкости расширяются по-разному, поэтому показания термометров различаются: Ртутный -50⁰С; глицериновый -47,6⁰С

Мы попробовали сделать жидкостный термометр в домашних условиях. Посмотрим, что из этого получилось. 

Слайд 13.

Мы узнали, что существуют различные шкалы температур. Помимо шкалы Цельсия широко распространена шкала Кельвина. Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином). Шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой.

Единица абсолютной температуры — кельвин (К). 

Абсолютный ноль — наиболее низкая возможная температура, при которой ничего не может быть холоднее и теоретически невозможно извлечь из вещества тепловую энергию, температура, при которой прекращается тепловое движение молекул  

Слайд 14.

Абсолютный ноль определен как 0 K, что приблизительно равно 273.15 °C

Один Кельвин равен одному градусу T=t+273

Слайд 15.

3. Закрепление

Какой из приведенных ниже вариантов измерения температуры горячей воды с помощью термометра дает более правильный результат?

1) Термометр опускают в воду и, вынув из воды через несколько минут, снимают показания

2) Термометр опускают в воду и ждут до тех пор, пока температура перестанет изменяться. После этого, не вынимая термометра из воды, снимают его показания

3) Термометр опускают в воду и, не вынимая его из воды, сразу же снимают показания

4) Термометр опускают в воду, затем быстро вынимают из воды и снимают показания

Слайд 16.

На рисунке показана часть шкалы термометра, висящего за окном. Температура воздуха на улице равна

• 18⁰С
• 14⁰С
• 21⁰С
• 22⁰С

Слайд 17.