Урок конкретизации знаний.
"Физика за чашкой чая "
Тема "Тепловые явления".
Этот урок провожу в 8 классе, и он преследует такую цель:
не только воспроизвести сумму полученных ранее знаний, которая предусмотрена программой по физике, но и научить видеть физику в окружающих нас явлениях, прежде всего в тех, с которыми мы сталкиваемся ежедневно и на которые порой в нашей суетной жизни не обращаем внимания. Иными словами , этот нестандартный урок направлен на развитие ученика: его умения разглядывать в наборе, казалось бы, случайных фактов физические явления и действие законов физики. Основа урока продуманные вопросы, связанные с чаепитием, и ответы на них учащихся.
ОБОРУДОВАНИЕ : электрический чайник или самовар, чашки с блюдцами и чайные ложки для всех, чайник для заварки, кувшин (пустой). Используются также печенье и конфеты, сахарный песок.
ХОД УРОКА.
В начале урока моё небольшое вступление:" Ребята ! Я знаю, вы с
удовольствием каждый день пьёте чай, но уверена, что не многие задумывались над сопровождающими этот процесс физическими явлениями. Попробуем сделать это вместе".
Далее зачитывают Правила I
группа учеников, сидящих за одним столом, называется командой; на уроке можно совмещать два дела : пить чай и отвечать на вопросы, задаваемые учителем;
каждый ученик должен стремится набрать как можно больше баллов, которые даются за правильные ответы на вопросы и дополнения. За каждый верный ответ—1 балл; за правильное дополнение— тоже один бал; за оригинальный ответ—2 балла;
ученик, набравши й к концу урока 6-7 баллов, получает оценку "5";
набравший 3-4 балла-"4", 2 балла-"3";
первоочередное право ответа на вопрос имеют те ученики, к которым обратился учитель или ведущий;
за подсказку, разговор и прочие нарушения хода урока вычитается один балл.
А теперь- ВОПРОСЫ.
Перед вами электрический чайник. Как вы думаете, почему, ставя его кипятить, чайник закрывают крышкой?
(Ответ. Если чайник открыт, то часть молекул воды, имеющих большую кинетическую энергию, будет беспрепятственно улетать в пространство над чайником, унося с собой энергию; поэтому к чайнику нужно дольше подводить энергию извне, и он долго не закипает. Закрытый чайник закипает быстрее.)
•Проведу опыт: крышку горячего чайника охлажу, облив её холодной водой из кувшина. Затем на три спички аккуратно положу крышку так, чтобы она не прикасалась к чайнику. Через некоторое время предлагаю вам потрогать крышку. Что вы ощутите? Почему? Чем можно заменить спички, чтобы получить такой же эффект?
•( Ответ. Крышка будет тёплая. Мы частично устранили один из способов теплопередачи: ведь у деревянных спичек малая теплопроводность, поэтому тепло от чайника почти не будет передаваться крышке способом теплопроводности. Спички можно заменить любыми предметами из веществ, имеющих малую теплопроводность: кусочками веток, ватой, картоном, пробкой.)
•Какими будут мои ощущения, если я возьму крышку с горячего металлического чайника за пластмассовую ручку? Как вы их объясните?
(Ответ. Пластмасса имеет малую теплопроводность, поэтому руке не будет горячо.)
Вода в чайнике уже закипела, из носика вырвалась наружу струя пара.... Но ведь пар считается невидимым! Что же мы видим в действительности.
(Ответ . Пар невидим. Вырвавшись из носика чайника, он в прохладном воздухе конденсируется, образуя мельчайшие капельки воды; вот их-то мы и видим.)
•Разливая чай, я случайно капнул из носика чайника на руку кипяток. Ощущение было почти такое, как если бы мне укололи руку иголкой. Почему?
(Ответ. Молекулы кипящей воды имеют большую скорость движения, поэтому мгновенно пробивают верхнюю часть кожи и проникают в ткани мышц, вызывая ощущения боли.)
• Какую температуру имеет кипящая вода в чайнике?
(Ответ. -100 С.)
•Всегда ли кипит вода при 100 С?
(Ответ. Всё зависит от давления над поверхностью воды: чем меньше давление, тем температура кипения меньше . В горах вода кипит при температуре 90 С, а в котельных—при 200 С.)
•Каким простым способом можно повысить температуру кипения воды в чайнике?
(Ответ. Увеличить давление над поверхностью воды. Для этого надо плотно закрыть чайник крышкой, сверху положить груз, в носик вставить трубку.)
•В каких кухонных приборах применяется этот способ—увеличение давления над кипящей жидкостью ? Для каких целей?
(Ответ. В скороварках. Увеличение давления вызывает повышение температуры кипения. Жидкость прогревается до температуры выше 100 С. При этом пища проваривается быстрее и лучше.)
•А что такое кипение ?
(Ответ. Кипение это процесс интенсивного испарения жидкости при определённой температуре, сопровождающийся быстрым образованием и ростом пузырьков пара, прорывающихся через поверхность жидкости наружу и лопающихся там.)
•Обратите внимание на заварочный чайник. В его крышке сделана небольшая дырочка. Зачем?
(Ответ. В чайник наливают горячую воду; она испаряется. Если в крышке чайника нет дырочки, то между крышкой и слоем воды скапливается пар и образуется повышенное давление, под влиянием которого вода будет выливаться из носика.)
•Я прошу налить мне горячий чай в стакан, но предупреждаю, что он толстостенный. Какая опасность поджидает вас и меня? Почему?
(Ответ. Стакан может лопнуть; внутренние стенки, соприкасающиеся с горячей жидкостью, сразу же расширяется, в то время как внешние ещё не
успеют прогреться и сохраняют свои размеры; от этого стекло деформируется и происходит его разрушение.)
•Как надо поступить, наливая кипяток, чтобы толстостенный стакан не лопнул?
(Ответ . Необходимо в стакан опустить металлическую ложечку: она примет часть тепла, температура воды станет меньше, тепловое расширение внутренних стенок станет меньше; деформация не окажется столь сильной.)
(Дежурный наливает из чайника каждому учащемуся кипящий чай)
•А для чего у чашечек сделаны ручки?
(Ответ. Ручка позволяет брать горячую чашку, не обжигая при этом пальцы. Она менее горяча, чем чашка, так как соприкасается с ней всего двумя точками, т.е. слабо связана с источником тепла.)
•Некоторые мужчины пьют чай из стаканов, вставленных в металлические подстаканники. Влияет ли подстаканник на качество чая?(Ответ. Металлический подстаканник охлаждает чай, так как сам быстро нагревается: ведь металл имеет малую удельную теплоёмкость и большую теплопроводность.)
•Чтобы подстаканник быстрее охлаждал чай, из какого материала нужно его изготовить?
(Ответ . Из такого, у которого теплопроводность возможно больше, а удельная теплоёмкость возможно меньше; например из серебра, золота.)
•Вы, наверное, наблюдали, как старые люди в деревнях пьют чай: наливают его в блюдце и дуют, держа блюдце на кончиках пальцев. Объясните, почему они так делают.
(Ответ. У чая налитого в блюдце, большая поверхность соприкосновения с воздухом, поэтому интенсивно идут теплообмен и испарение — чай быстро остывает. Коща дуют на поверхность чая, процесс испарения ускоряется, а это тоже понижает температуру жидкости. Площадь соприкосновения кончиков пальцев и блюдечка очень мала, поэтому рука не так сильно чувствует большую температуру блюдца.)
•А сейчас проделаем следующее. Положите в чашку ложку сахарного песка и налейте заварку; затем осторожно влейте кипяток. Не мешайте чай. Теперь попробуйте его. Почему чай не сладкий ?
(Ответ. Чтобы весь чай стал сладким, нужно время, в течение которого молекулы жидкости и сахара сами собой перемешаются, т.е. произойдёт
диффузия. В данном случае это не успело совершится, и мы процессу не помогали помешиванием ложечкой. Поэтому в верхней части чашки чай совсем не сладкий.)
•А теперь ... Кто хочет стать экспертом с завязанными глазами? Выразившему желание надеваю на глаза повязку и предлагаю при помощи пальца определить, из какого материала изготовлены ложки, одинаковые по массе , которые я одновременно опускаю в чашку с кипятком, и обосновать своё заключение.
(Ответ. Источником информации служит быстрота нагревания ложек: она разная. Та, что нагрелась сильнее, сделана из материала с большой теплопроводностью, например алюминия-207 Вт/ (м К) при 100 С. Материал же второй ложки обладает меньшей теплопроводностью; это может быть, например, железо-67,5Вт/ (м К).
Я делаю из ложечки лодочку и даю ей возможность плавать на поверхности чая, если положу её ручку на край чашки. Капаю несколько капель чая в ложечку — она сразу же тонет. Почему?
(Ответ. Увеличивается сила тяжести ложечки, а объем её остаётся прежним; также прежним остаётся и выталкивающая сила. Её теперь недостаточно, чтобы удержать более тяжелую ложку на поверхности чая.)
Я налью себе в чистый стакан немного кипятка. Пронаблюдайте, что произойдёт. Почему?
(Ответ. Стенки стакана запотели: кипящая вода испарялась, пар её, соприкасаясь с холодными стенками стакана, конденсировался на них, образуя туман.)
Одни любят чай горячий, а другие - теплый. Рассудите двух друзей- —любителей первого напитка. Один говорит: я обожаю горячий чай, поэтому налив жидкость, не спешу класть в него сахар; если его положить через 5 минут, то чай будет горячее, чем в том случае, если сахар положить сразу. Второй возражает: ты не прав: если сахар опустить сразу, объем воды будет больше (она не успеет частично испарится), а чем больше воды, тем она медленнее остывает. Кто из них прав?
(ответ. Прав первый, так как при растворении сахара температура жидкости понижается, а чем она ниже —меньше отличается от комнатной, тем медленнее идёт теплообмен, и чай остывает тоже медленнее.)
До какой температуры остынет горячий чай, если оставить чашку с ним в комнате до утра?
(ответ. До температуры воздуха в помещении.)
Что необходимо сделать, чтобы чай в чашке как можно дольше оставался горячим ?
(ответ. Уменьшить теплопроводность и теплообмен. Для этого можно поставить чашку на подставку, которая плохо проводит тепло, например деревянную. Желательно поместить её в другую чашку, большую, сделав подобие калориметра. Можно завернуть её в «шубу». Сверху чашку лучше накрыть, например, пластинкой из пенопласта.)
А сейчас —вопрос о печенье. Печенье легко разломить, но невозможно соединить куски. Почему ?
(ответ Когда печенье ломаем, то нарушаем молекулярные связи.
При соединении не удаётся сблизить куски на такое расстояние, чтобы
начали проявляться силы молекулярного притяжения.)
Завершая занятие, говорю: «Наш урок —чаепитие подходит к концу.
Домашнее задание:
Дома подсчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания вашего чайника от комнатной температуры до кипения.
Не забудьте предварительно узнать вместимость чайника, его массу, а также из чего он изготовлен; как узнать — решите сами.
Определите стоимость электроэнергии, которую вы затратили на нагревание воды в этом чайнике.
Сегодня на уроке, совмещая приятное с полезным, мы применили свои знания к немного необычным, но в то же время самым обычным ситуациям. Будет очень хорошо, если каждый будет чаще задумываться над окружающими явлениями и постарается объяснить их с точки зрения физики. А теперь подведём итоги, выставим оценки...».
353
121 551 
