Урок 45. Тепловое состояние тел. Температура и её измерение. Цель

Вид материала

Урок

Содержание Тип урока. Ход урока Изучение нового материала

Подобный материал:

• 1 измерение температуры. Шкалы температур. Классификация методов и приборов температурой, 948.25kb.
• Программа межшкольного факультатива «Физика в олимпиадах» (для учащихся 9 класса), 45.62kb.
• Вопросы к Госэкзамену по курсу общей физики из раздела, 17.7kb.
• Вариант 1 Плавление и отвердевание кристаллических тел, 149.68kb.
• «Тепловое расширение твердых тел», 16.71kb.
• Тепловое излучение и люминесценция, 273.8kb.
• Агрегатные состояния вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел. График, 63.33kb.
• Хакимова Асия Хамедулловна, учитель физики Цель урок, 40.95kb.
• Квантовая оптика. Тепловое излучение, его характеристики. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана,, 76.63kb.
• Урок по теме: "Электростатика", 441.09kb.

Урок 45. Тепловое состояние тел. Температура и её измерение.

Цель рассмотреть вопрос о тепловом расширении тел, ввести понятие температуры, познакомить учащихся с методами измерения температуры;

формировать научное мировоззрение учащихся, познакомить их с методологическим подходом к познавательной и практической деятельности, воспитывать трудолюбие и настойчивость;

развивать логическое мышление, умение проводить эксперименты, расширять кругозор учащихся, познакомить с историей развития теории теплорода.

Оборудование. три сосуда с водой разной температуры: холодной, комнатной и подогретой, термометр.

Тип урока. Урок усвоения новых знаний


План урока

Этапы	Время	Приёмы методы
І. Постановка учебной проблемы	3-5 мин	Комментарий учителя
ІІ. Изучение нового материала	25-30 мин	Рассказ учителя, беседа, записи в тетради и на доске
ІІІ. Закрепление нового материала	10 мин	Решение качественных задач
IV. Домашнее задание	1 мин	Комментарий учителя; записи в дневниках и на доске

Ход урока

1. Постановка учебной проблемы
   

В окружающем нас мире протекает огромное множество различных процессов. Посмотрев в окно, вы обнаружите, что самыми заметными являются механические явления, изучением которых мы занимались в 1-ом семестре. Следующими самыми заметными после механических являются тепловые явления.

До сих пор при изучении физики мы главное внимание обращали на вещество и энергию. Можно даже определить физику как науку о веществе и энергии и их взаимоотношениях. Следовательно, при изучении теплоты нам будет интересно узнать, применимо ли такое определение физики и к теплоте. Поэтому мы задаём вопрос: какова природа теплоты? Является ли теплота веществом? Или переход тепла представляет собой лишь передачу энергии? Что такое температура? Как измеряется теплота? Что происходит, когда тело получает или теряет теплоту?

Все эти и многие другие вопросы будут рассмотрены на сегодняшнем уроке, а пока нашей первой задачей будет выяснение, что представляют собой теплота и температура.

2. Изучение нового материала
   

??? Является ли теплота веществом?

Многие учёные прошлого времени думали, что теплота – это вещество. Они считали её жидкостью (флюидом), которая может перетекать от одного тела к другому. Этот флюид получил название теплорода. Когда тело становилось тёплым или горячим, то считалось, что теплород вливался в тело, а при охлаждении вытекал из него.

Наблюдая за группой тепловых процессов (типа добывания огня трением) вынудили физиков усомниться в существовании теплорода.

Если теплота есть вещество, то в горячем состоянии тело должно весить больше, чем в холодном. Опыт, однако, показывает, что это не так. Следовательно, мы должны отказаться от этой теории и попытаться найти лучшую.

При Американский военный Бенджамин Томсон, граф Румфорд первый подверг серьёзному испытанию теорию теплорода. Наблюдая за сверлением пушечных стволов, он заметил, что металл сильно нагревается , то есть выделяется большое количество теплоты.

Чтобы проверить теорию, Румфорд взвесил ствол пушки до сверления и после сверления. Обе взвешивания дали одинаковый результат. Он применил для охлаждения ствола воду, но всё равно ствол при сверлении нагревался. Румфорд заключил, что теплота получалась как результат работы сверления. Другими словами, он пришёл к выводу, что теплота – энергия.

Для дальнейшей проверки гипотезы Румфорда, его современник Хемфри Дэви придумал очень простой решающий опыт. Этот опыт состоял в трении двух кусков льда на морозе. Оказалось, что и при этом лёд плавился. Отсюда следует, что теплота, которая расплавляла лёд, получалась из работы на преодоление трения кусков льда.

??? Энергией какого рода является теплота?

Экспериментальные наблюдения приводят к выводу, что теплота – есть кинетическая энергия молекулярного движения.

Если привести в соприкосновение два тела, нагретых по-разному, то более нагретое тело будет охлаждаться, а холодное станет теплее. О таких двух телах говорят, что они обмениваются теплом; конечно, в жизни мы не называем обменом случай, когда один человек даёт другому сто рублей, а другой берёт их, но такая терминология принята в физике.

Мы называем более горячим то тело, которое отдаёт энергию. Мы ощущаем тело горячим, если оно нагревает руку, то есть передаёт её энергию. Наоборот, если тело ощущается холодным, то это значит, оно отнимает энергию у нашего тела.

??? Надёжны ли наши ощущения температуры?

Случалось ли вам, выходя из дома зимой на улицу, восклицать: «Сегодня тепло!» и только спустя некоторое время почувствовать, что в действительности было холодно? Или приходилось ли вам в жаркий летний день, спустившись в подвал, подумать, что там холодно, в то время как в действительности температура там была около 20ºС? Эти и им подобные примеры убеждают нас в том, что наши ощущения температуры ненадёжны для измерения.

Демонстрация. Опустите одновременно палец левой руки в горячую воду, а правой – в ледяную. Держите их там, пока они не привыкнут к соответствующей температуре воды, потом выньте их и опустите оба пальца в стакан с тёплой водой. Вероятно, вы обнаружите, что пальцу правой руки тёплая вода покажется холодной, а пальцу левой руки – горячей. Только изобретение термометра обеспечило более объективный способ измерения температуры.

Итак, мы убедились, что по собственным ощущениям человек не всегда может однозначно определить тепловое состояние тела. Для этого необходимо найти количественную меру степени нагретости тела, то есть найти способ объективно определять какое из тел и на сколько теплее или холоднее другого.

Для измерения температуры тела применяют специальные измерительные приборы, которые называются термометрами.

Как измерить температуру и какие существуют способы её измерения, рассмотрим подробно далее. А сейчас установим, как протекают тепловые процессы, связанные с изменением температуры.

Наш жизненный опыт подтверждает, что в природе тепловые процессы протекают по определённым устоявшимся законам. Так, было замечено, что во-первых, более нагретые тела всегда отдают теплоту менее нагретым; во-вторых, температуры тел, которые контактируют между собой, со временем выравниваются и становятся одинаковыми.

Вопросы классу:

• Что произойдёт с утюгом, если его выключить из электросети?
  
• Что будет с кипятком после того, как чайник снять с плиты?
  
• Какой станет температура тёплого молока, если его поместить в холодильник?
  

Запись в тетрадь:

Более нагретые тела отдают теплоту, остывая при этом, а менее нагретые, контактируя с ними, нагреваются.

При контакте тел с одинаковыми температурами теплообме н не происходит, и поэтому говорят, что данные тела находятся в состоянии теплового равновесия.

Действие любого прибора для измерения температуры зависит от изменения некоторых свойств различных тел при сообщении им или при отводе от них теплоты. Устройство обычных термометров основано на общеизвестном свойстве большинства веществ расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении.

Жидкостный термометр состоит из маленькой колбочки резервуара с жидкостью (спиртом, ртутью, пентаном), тонкой капиллярной трубочки и шкалы.

При измерении температуры колбочка должна соприкасаться с телом. По истечении времени между ними устанавливается тепловое равновесие, то есть их температуры выравниваются. Жидкость в колбочке вследствие изменения собственной температуры изменяет свой объём – расширяется или сжимается. Поскольку это изменение незначительно, то к колбочке необходимо присоединить тонкую капиллярную трубку, которая позволит визуально наблюдать за изменением объёма жидкости.

Для количественного определения температуры недостаточно только зафиксировать изменение объёма жидкости. Необходимо также приписать ей соответствующее числовое значение, то есть, как говорят в физике, проградуировать прибор. С этой целью выбирают опорные, так называемые реперные точки, которые должны легко воспроизводиться и иметь фиксированное значение температуры.

Затем устанавливают размер единицы температурной шкалы – градус, то есть интервал между реперными точками делят на вполне определённое число, например, на 100.

Шведский учёный А. Цельсий предложил следующий опыт по построению температурной шкалы.

При нормальном атмосферном давлении термометр помещается в сосуд с тающим льдом. После установления теплового равновесия отмечают соответствующий уровень жидкости в капилляре с меткой «0». Затем термометр помещается в сосуд с кипятком. При этом приписывают соответствующее уровню жидкости в капилляре значение «100». Разделив интервал между этими двумя метками на 100 равных частей, получают термометр, проградуированный по температурной шкале Цельсия.

Единицу температуры по шкале Цельсия принято называть градусом Цельсия (обозначается ºС).

В международной системе единиц (СИ) в качестве основной единицы температуры принят кельвин (К), который по размеру равен градусу Цельсия: 1К = 1ºС.

Запись в тетрадь:

Температура – степень нагретости тел.

Различные млекопитающие имеют нормальную температуру от 35 до 40,5ºС; температура здорового человека 36-37ºС; температура птиц 39,5 - 44ºС. Наиболее высокая температура воздуха на Земле (58ºС) зарегистрирована в Триполи, а наиболее низкая – 88,3ºС – в Антарктиде.

Были предприняты попытки получить сверхвысокие температуры в специальных лабораторных установках (Огра, Зета), изготовляемых у нас и за рубежом. На кратчайшее мгновение удавалось достигнуть температур до двух миллионов градусов.

Сверхвысокие температуры существуют и в природе, но не на Земле, а на других телах Вселенной. В центрах звёзд, в частности Солнца, температура достигает десятков миллионов градусов.

Поверхностные же участки звёзд имеют значительно более низкую температуру, не превышающую 20000ºС. Поверхность Солнца нагрета до 6000ºС.

Если температура тела человека повышается до 42ºС, то кровь прекращает поглощать кислород воздуха, и человек погибает от кислородной недостаточности. Естественная температура тела человека не может быть ниже 34ºС. Искусственно же её иногда понижают до 26ºС, и тогда организм впадает в состояние сна, жизненные процессы в нём замедляются. Вместо 16 вдохов в минуту человек делает только 4, пульс падает с 70 до 25 ударов в минуту. Оперируя такого больного, хирург может на время отключить сердце (до 20 минут время отключить сердце ()рург может т только 4, пульс падает с 70 до 25 ударов в минуту. точности. ный по температурной шкале). В состоянии спячки находятся зимой медведи, барсуки и многие другие животные.

3. Закрепление нового материала
   

4. Домашнее задание
   

§§48,49 читать