Урок "Види теплопередачі"

Види теплопередачі: теплопровідність, конвекція, випромінювання

8 клас

Мета уроку:

Освітня:формувати в учнів знання про теплопровідність, конвекцію, випромінювання; показати використання різних видів теплообміну в побуті та техніці; продовжити формування та закріплення понять внутрішньої енергії та способів її зміни.

Виховна: виховувати інтерес до вивчення фізики, розуміння її ролі та важливості фізичних знань у житті, потяг до наукової творчості, уявлення про фізику як невід’ємну складову  культури, виховувати такі людські якості як сумлінність, працелюбність, звичку до систематичної розумової праці, комунікативність, позитивне ставлення до навчально-пізнавальної діяльності

Розвивальна: розвивати критичне мислення, творчі здібності учнів, прищеплювати навички інтелектуальної праці.

ознайомити учнів із основними видами теплопередачі (теплопровідністю,) та розглянути їх застосування у природі і побуті; розвивати логічне і критичне мислення учнів, пам'ять; виховувати дисциплінованість.

Тип уроку: комбінований.

Обладнання:  Мідний стержень із скріпками, прикріпленими воском, пальник, сталева, дерев’яна і срібна ложки, склянку з окропом, пробірка із водою і льодом, колба, перманганат калію, проектор, мультимедійна дошка, набір карток (із запитаннями і кілька чистих); підручник В. Сиротюка, 8 кл.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань учнів.

На окремих картках записуються питання, запропоновані нижче.  Якщо кількість учнів перевищує кількість запитань, то пропонуються чисті картки. Учні у довільному порядку обирають собі картку. Якщо витягує запитання, то готується відповідати, а ті учні, що обрали чисті картки відіграють роль суддів, які оцінюватимуть незалежно один від одного відповіді учнів.

1. Чому неможливо точно оцінити температуру тіла за допомогою відчуттів? (Відчуття тепла у кожної людини різні.)
2. Що являє собою температура тіла? Термометр? Їх види.(Фізична величина, яка показує ступінь нагрітості тіла. Термометр-прилад для вимірювання температури. Спиртові, ртутні. )
3. Що таке реперні точки? Назвати реперні точки шкали Цельсія. (Температура танення льоду, 0º С; температура кипіння води, 100ºС.)
4. Чому частинки речовини мають потенціальну енергію? Чому завжди мають кінетичну енергію? (Вони знаходяться на певній відстані одна від одної і перебувають у безперервному русі.)
5. Що називають внутрішньою енергією тіла? Від чого залежить внутрішня енергія тіла? (Енергія руху і взаємодії частинок, з яких складається тіло. Від температури тіла. )
6. Чому людина, вимірюючи температуру власного тіла, повинен тримати термометр кілька  хвилин? (Щоб між тілом людини і рідиною в термометрі встановилася теплова рівновага.)
7. Що можна сказати про внутрішню енергію тіла, температура якого підвищилася? (Внутрішня енергія тіла збільшується.)
8. Чому і як змінюється внутрішня енергія пилки під час розпилювання колоди? На підставі чого ви так думаєте? (Внутрішня енергія збільшується за рахунок виконання роботи. В результаті тертя пилки об колоду.)
9. Чому швидко ковзаючи вниз по жердині або канату, людина може обпекти руки? (Внутрішня енергія збільшується за рахунок виконання роботи.)
10. У який спосіб змінюється внутрішня енергія тіл у таких випадках:

       1) Під час тертя гоночного автомобіля об повітря. (Виконання роботи.)

       2) У процесі нагрівання деталі у термічній печі. (В результаті теплообміну.)

       3) Під час обробки заготовок на токарному станку. (Виконання роботи.)

11. Чому після входження у щільні шари атмосфери більшість метеоритів згоряють? (В результаті тертя, виконання роботи.)
12.  Для чого, перш ніж налити в склянку крутого окропу, в неї спочатку опускають ложку? (Стінки склянки не встигають розширитися при різкому нагріванні. Металева ложка має велику теплоємність, вона швидко нагрівається , забираючи частину тепла із окропу, що дозволяє склянці прогрітися поступово. )

ІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів.

Які існують способи  передачі тепла від одного тіла до іншого, в чому їх особливості, чи відбувається при цьому перенесення речовини,  як економлячи енергію і час можна нагріти чи охолодити те чи інше тіло, чи може лід бути нагрівником, чому  у темному одязі влітку завжди жаркіше, ніж у білому та ще багато цікавого та корисного ви дізнаєтесь на даному уроці.

ІІ. Викладення нового матеріалу.

Теплота передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого тіла. Існують такі види теплопередачі:

• теплопровідність,
•  конвекція,
•  випромінювання.

Розглянемо детальніше кожен із видів теплопередачі.

Теплопровідність

Дослід 1. До мідного стержня за допомогою  воску або шматочків  пластиліну прикріпити скріпки. Один кінець стержня нагрівати пальником або спиртівкою.

 Результат експерименту.  Під час нагрівання воск або пластилін почне плавитися, кнопки відпадатимуть. Спочатку відпадуть скріпки, що знаходяться ближче до полум’я, а потім по черзі-всі інші.

Висновок (питання до учнів).

1. Як відбувається передача енергії по металевому стержню? (При нагріванні збільшується швидкість коливального руху частинок металу того кінця пластинки, яке ближче до полум’я. Потім у результаті взаємодії частинок збільшується швидкість руху сусідніх частинок. Таким чином, підвищується температура наступної частини пластинки.)
2. Чи відбувається переміщення самих частинок металу в ході досліду? (Ні. У твердих тілах частинки лише здійснюють коливальні рухи. Перенесення речовини не відбувається.)

Отже, ми спостерігали, як тепло передається від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих. Такий вид теплопередачі називають теплопровідністю.

Теплопровідність-це процес передачі тепла від одних частин тіла до інших, який зумовлений хаотичним рухом частинок речовини і не супроводжується перенесенням речовини.

А зараз перевіримо якою є теплопровідність різних речовин.

Дослід 2. Опустимо сталеву, дерев’яну і пластмасову ложки у склянку з гарячою водою.

Результат експерименту (питання до учнів).

Яка ложка нагріється найбільше? (Сталева ложка нагрівається швидше і найбільше. Дерев’яна і пластмасова ложки майже не нагріваються.)

Висновок. Різні речовини мають різну теплопровідність. Більшу теплопровідність мають метали, особливі срібло і мідь.

Дослід 3 . «Лід, що кипить».  До штатива прикріпити пробірку із водою і льодом. Розмістити паяльник біля верхньої частини пробірки.

Результат експерименту (питання до учнів).

1. Що відбувається у пробірці із водою і льодом? (Вода кипить, лід не тане.)

 Висновок. Рідина погано проводить тепло.

2. Які ще  речовини, окрім рідин, погано проводять тепло? (Дерево, скло, пластмаса.)
3. Чому гази, скловолокно, хутро погано проводять тепло? (1. Є проміжки повітря, 2. Волокна самі по собі погано проводять тепло.)

Висновок. Відстань між молекулами велика – перенесення енергії відбувається рідше.

Запитання  до класу

• Наведіть приклади використання теплоізоляторів у побуті й техніці. (Дерев’яні або пластмасові ручки на каструлях, сковорідках, пластикові вікна, теплоізоляція труб водяного опалення. )

• Чому глибокий пухкий сніг охороняє озимі від вимерзання? (У снігу є проміжки повітря, яке є хорошим теплоізолятором.)

• Чому вислів «шуба гріє» неправильний? (Не «гріє», а зберігає тепло тіла, оскільки між волокнами шуби є проміжки повітря, яке є хорошим теплоізолятором.)

• Чому дно і стінки металевої сковороди на вогні розжарюються, а дерев’яна ручка залишається практично холодною? (Дерево погано проводить тепло.)

• Чому можна обпалити губи, якщо пити чай з металевого кухля, і чому цього не трапляється, коли ми п’ємо його із порцелянової чашки? (Метали є   кращими провідниками тепла, ніж порцеляна.)

• Чому вовняний светр «тепліший» за бавовняний? (Між волокнами вовни є велика кількість повітряних проміжків, а повітря є хорошим теплоізолятором.)

• Чому розпечене тіло у воді остигає швидше, ніж на повітрі? (Вода краще проводить тепло, ніж повітря.)

• Чому металева ванна на дотик здається нам холоднішою, ніж бавовняний рушник? (Між волокнами рушника є проміжки повітря, яке є поганим провідником тепла, порівняно з металами.)

• Що роблять перед тим, як налити у склянку окріп? Чому опущена в нього металева ложка охороняє склянку від розтріскування? (Металева ложка  є хорошим  провідником тепла, внаслідок чого вона забирає частину тепла і вода охолоджується.)

Теплоємність у природі і житті людини:

• Хутро після линьки;
• Шар жиру (у холодному морі);
• Комахи закопуються в землю;
• Більша теплопровідність у каструль, сковорідок, батарей опалення, виготовлених із металу;
• Менша теплопровідність -  ручки чайників, труби під землею.

Задачі.

1. Чому з точки зору фізики вираз «шуба гріє» є неправильним?
2. Чому під соломою сніг довго не тане?
3. Чому подвійні рами  у вікнах сприяють  теплоізоляції?
4. Чому безсніжними зимами озимина потерпає від морозів?

Конвекція

Дослід 4. На дно скляної  колби помістити  перманганат калію  і повільно налити води. Дно колби нагрівати пальником або спиртівкою.

 Результат експерименту (питання до учнів).

• Чому забарвлені струмені води піднімаються вгору?

Висновок. В результаті нагрівання рідини її об’єм збільшується. Густина зменшується . Виштовхувальна сила стає більшою за силу тяжіння. Нагріта рідина піднімається вгору, холодна-опускається вниз.

Конвекція – вид теплопередачі, що здійснюється шляхом перенесення теплоти потоком рідини або газу (і не може твердими тілами).

Механізм виникнення конвекції (природна і примусова (при розмішуванні чай швидше остигає; обмахуючись віялом, ми також влаштовуємо вимушену конвекцію.)

Конвекція в природі і повсякденному житті:

• Бриз;
• Течії у річках і морях;
• Обігрівання житла;
• Рівномірне нагрівання їжі.

Задачі.

1. Де краще розмістити посудину з водою, щоб швидше її нагріти: над нагрівником, під нагрівником чи збоку від нього? Відповідь обґрунтуйте. (Над нагрівником, оскільки холодна вода в посудині знаходиться знизу.)
2. Де краще розмістити посудину з водою, щоб швидше охолодити її за допомогою льоду:  на льоду, під льодом чи збоку? Відповідь обґрунтуйте.( Під льодом, оскільки тепла вода піднімається вгору, а холодна опускається донизу в результаті конвекції. )

Питання до класу

• Чи може відбуватися конвекція у твердих тілах? (Ні. При нагріванні твердого тіла не можуть утворюватися потоки речовини, тому що частинки твердого тіла виконують тільки коливальні рухи.)

• А як же передається тепло у вакуумі (тепло від Сонця)?

Це інший вид теплопередачі, і називають його випромінюванням. Випромінювання відрізняється від інших видів теплопередачі тим, що може здійснюватися навіть у вакуумі, там, де не може відбуватися конвекції.

Випромінюють енергію всі тіла при будь-якій температурі. Очевидно, що більш нагріті тіла випромінюють тепло інтенсивніше, ніж менш нагріті. Різні речовини по-різному і поглинають енергію випромінювання. З власного досвіду ми знаємо, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію і швидше нагріваються, а тіла з білою, сріблястою поверхнею краще відбивають енергію випромінювання й внаслідок цього менше нагріваються.

3. Чому  влітку вода в річці на глибині холодніша, ніж на поверхні? (Верхні шари води краще прогріваються, а вода є поганим провідником тепла.)

Випромінювання

Випромінювання – це вид теплопередачі, при якому енергія передається за допомогою електромагнітних хвиль.(При цьому речовини не існує.)

Приклад. Енергія Сонця, язики полум’я.

Тіла з темною поверхнею краще нагріваються і краще охолоджуються.

Задачі.

1.Чому влітку люди зазвичай носять світлий одяг? (Він відбиває всі види випромінювання. )

2. Чому опалювальні батареї краще фарбувати в темний колір? (Вони поглинають всі види випромінювання, краще нагріваються. )

Розв’язування задач.

1. Чому в холодному приміщенні насамперед мерзнуть ноги? (Холодне повітря важче  теплого і опускається вниз.)
2. Коли людині буде тепліше: коли вона одягне три тонких сорочки чи одну товсту? (Три, між ними є шар повітря, який є хорошим теплоізолятором.)
3. Чому забруднений сніг тане швидше? (Темний сніг краще поглинає сонячну енергію і швидше нагрівається.)
4. Чому вночі, коли небо безхмарне, грунт охолоджується сильніше? (Внаслідок випромінювання з поверхні грунту нижні шари повітря нагріваються і піднімаються вгору. На їх місце опускається холодне повітря, яке не може вже бути нагріте охолодженою землею. Хмари стримують ці конвекційні потоки.)
5. Більшість птахів перед висиджуванням пташенят вистеляють гніздо пухом. Чому? (Пух має багато повітря, яке є хорошим теплоізолятором.)
6. Повітря в класі нагрівається через стіни, через відкрите вікно, через скло (а в зимовий час — від батарей центрального опалення). З яким видом теплопередачі ми стикаємося у кожному випадку? (Конвекція.)
7.  Чому Сонце не може передавати енергію Землі шляхом конвекції і теплопровідності? (Тому що між ними існує безповітряне середовище.)
8.  Чому батареї центрального опалення завжди розташовують у нижній частині приміщення, а кватирки для провітрювання — у верхній? (Це пов’язане з тим , що тепле повітря завжди знаходиться вгорі, а холодне- знизу.)
9. Що являють собою вітри? (Рухи потоків повітря під час конвекції.)
10.   У якій футболці менш спекотно влітку — у білій чи чорній? (У білій, вона найменше поглинає всі види випромінювання.)
11.  Чи можна в термосі зберегти холодними продукти? (Так, у термосі між стінками є проміжок повітря, яке є хорошим тепло ізолятором.)

ІІІ. Підведення підсумків уроку. Рефлексія.

Отже, ми з вами розглянули, які існують види теплопередачі,  їх особливості та застосування у природі, побуті та техніці. А зараз, узагальнивши отримані знання, спробуємо побудувати «дерево знань». Чим пишнішою і розлогішою буде його «крона», тим кращими будуть оцінки.

Клас поділяється на групи по 2-4 учні в кожній. Протягом 5-7 хвилин учні колективно створюють і заповнюють схему за поданим зразком. Після закінчення часу представник однієї з груп презентує (зачитує) результати своєї роботи . Решта учнів класу слідкують за цим і доповнюють або вносять свої корективи у сказане.

План побудови «дерева знань».

1. Види теплопередачі.

2. Характеристики кожного із видів теплопередачі.

3. Приклади застосування.

ІV. Повідомлення домашнього завдання.

§ 44, №378 (ст.180)

Домашній експеримент. Виміряти температуру в приміщенні у поверхні підлоги й під стелею. Отримані дані записати та пояснити.