Изучение тепловых явлений в школьном курсе физики (стр. 5 из 7)
При анализе полученного графика обращают внимание учащихся на постоянство температуры, при которой происходит плавление.
Далее рассматривают таблицу температур плавления. Отметив, что все металлы и их сплавы относятся к кристаллическим телам, предлагают учащимся в таблице найти металлы с наиболее низкой температурой плавления. Рассматривают применение тугоплавких металлов и сплавов для создания космических кораблей, реактивных двигателей, для изготовления спиралей тепловых электрических приборов. Полезно поставить ряд вопросов, вскрывающих понимание учащимися процесса и температуры плавления:
Почему чайник, поставленный на включенную электрическую плитку, не распаивается, пока в нем находится вода?
8. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ И ОТВЕРДЕВАНИЯ
Определение удельной теплоты плавления вводят после анализа графика плавления нафталина, позволяющего установить наличие теплообмена между нагревателем и телом без повышения его температуры и, следовательно, приводящего к мысли о существовании теплоты плавления. Записывают формулу Q = km. Выясняют с учащимися, почему в данной формуле отсутствует удельная теплоемкость тела. Внутренняя энергия плавящегося тела растет, а температура его не повышается. (Значит, теплоемкость плавящегося тела бесконечно велика).
Изученный материал закрепляют рассмотрением таблицы удельной теплоты плавления веществ и решением задач. При анализе таблицы от учащихся требуют полного ответа на вопрос: «Что показывает величина удельной теплоты плавления вещества?»
После тренировки с данными таблицы обращаются к анализу той части графика, которая относится к отвердеванию, и устанавливают наличие теплоты отвердевания.
При решении задач по данному разделу преимущественно используют прямые задачи на нахождение количества теплоты, необходимого для нагревания и плавления вещества, при этом вначале решают задачи на плавление (отвердевание) тел, взятых при температуре плавления (отвердевания), а затем рассматривают тела при температуре, отличной от температуры плавления (отвердевания). В заключение решают простейшие задачи, в которых по существу используют уравнение теплового баланса. Например:
Какое количество энергии надо для превращения 5 кг льда, взятого при
—10 °С, в воду с температурой 20 °С?
При решении подобных задач нужно обратить внимание учащихся на то, что значение удельной теплоемкости для одного и того же вещества в различных агрегатных состояниях, вообщем говоря,различно.
Например, при 20 ° С для воды с = 4200
а для льда с =1800 
при — 20 °С.Наряду с вычислительными задачами особое значение в данной теме имеет также решение графических задач, подобных следующим:
Графики каких процессов изображены на рисунке 20.9?
При повторении в конце года в сильных по подготовке классах желательно провести лабораторную работу «Определение удельной теплоты плавления льда». Работу можно включить в заключительный физический практикум, если учитель решит проводить его в VIII классе.
Оборудование для работы: калориметр, весы, сосуд с кусочками тающего льда по 40—50 г,термометр, фильтровальная бумага, чайник с водой при температуре 30—35 °С.
9. ИСПАРЕНИЕ. КОНДЕНСАЦИЯ
Изучение испарения можно начать с наблюдения учащимися уменьшения количества вещества при испарении, которое сопровождается понижением температуры испаряющейся жидкости. Для этого на теплоприемник, соединенный с манометром, помещают металлическую коробку, на дно которой наливают немного эфира. По мере испарения эфира жидкость в колене манометра, соединенном с теплоприемником, поднимается. Объясняют явление охлаждением теплоприемника, происходящим в результате испарения эфира.
Желательно также поставить эффектный опыт, демонстрирующий примерзание металлического колпачка спиртовки. В колпачок наливают немного эфира и ставят его на влажную дощечку. Над поверхностью эфира продувают воздух резиновой грушей. Колпачек примерзает к дощечке, что наглядно свидетельствует о понижении температуры испаряющейся жидкости.
Анализируя опыт, объясняют ученикам, что при испарении жидкости отдельные наиболее быстро движущиеся молекулы могут вылетать с поверхности слоя наружу. Эти молекулы обладают кинетической энергией, большей или равной работе, которую необходимо совершить против сил сцепления, удерживающих их внутри жидкости. При этом температура жидкости, определяемая средней скоростью беспорядочного движения молекул, понижается. Понижение температуры жидкости свидетельствует о том, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается. Часть этой энергии расходуется на преодоление сил сцепления и на совершение расширяющимся паром работы против внешнего давления. С другой стороны, происходит увеличение внутренней энергии той части вещества, которая превратилась в пар вследствие увеличения расстояния между молекулами пара по сравнению с расстоянием между молекулами жидкости. Поэтому внутренняя энергия единицы массы пара больше, чем внутренняя энергия единицы массы жидкости при той же температуре.
Далее выясняют, от чего зависит испарение. Увеличение испарения в связи с повышением температуры можно показать на следующем опыте. На чашки технических весов ставят по кристаллизатору: один — с горячей водой, другой — с холодной. Весы уравновешивают. Пока учащиеся зарисовывают схему опыта, становится заметным нарушение равновесия весов. Масса горячей воды уменьшается быстрее, чем холодной.
Зависимость испарения от размера свободной поверхности жидкости можно показать так. На весах уравновешивают пробирку и кристаллизатор с легко испаряющейся жидкостью, например с эфиром. Наблюдают, как постепенно поднимается та чашка весов, на которой установлен сосуд с большей свободной поверхностью жидкости.
На примерах и опытах нужно также показать зависимость испарения от скорости удаления паров с поверхности жидкости. Учащиеся хорошо знают, что в ветреную погоду белье, вывешенное для просушки, высыхает быстрее, чем в тихую; быстрее просыхает пол после влажной уборки, если открыть окна в квартире. Продемонстрировать зависимость испарения от скорости удаления паров с поверхности жидкости можно с помощью следующего опыта. На колбы, соединенные с манометром, кладут одинаковые фланелевые тряпочки, смоченные спиртом. На одну из колб направляют воздушный поток от вентилятора и по показаниям манометра сразу обнаруживают, что испарение резко возрастает.
Зависимость скорости испарения от рода вещества испаряющейся жидкости можно показать так. Заготавливают лист чистой бумаги с названиями исследуемых жидкостей (эфир, спирт, вода, масло). На лист с помощью кисточек, смоченных различными жидкостями, наносят несколько полосок. Затем края листа смачивают водой (как клеем) и накладывают на оконное стекло в физическом кабинете. При дневном освещении места, смоченные жидкостями, хорошо видны в проходящем свете. В вечернее время лист бумаги укрепляют в штативе и используют подсвет. Сначала исчезает пятно от эфира, затем от спирта, воды и, наконец, останется одна масляная полоска.
При изучении данных вопросов возможна и иная последовательность: сначала предлагают учащимся на основе молекулярно-кине-тических представлений предсказать, как будет зависеть скорость испарения жидкости от температуры, размера свободной поверхности жидкости и ветра, а затем проверить предположения опытом. Таким путем целесообразно изучать материал в более подготовленных классах.
Испарение твердого тела лучше показать, пользуясь искусственным льдом, если предоставляется такая возможность. Медленно и не так наглядно идет испарение нафталина и снега. Поэтому наблюдение за их испарением можно дать в качестве домашнего задания всему классу.
Полезно давать учащимся на дом творческие задачи по физике, например:
На раскаленную пластинку, плиту или сковородку пустите капли воды и пронаблюдайте за скоростью испарения этих капель. Объясните, почему при очень высокой температуре пластинки капля на ее поверхности держится неожиданно долго не испарясь.
Объясняют это тем, что «пары поддерживают каплю в воздухе.
Слой пара, поддерживающий каплю во взвешенном состоянии, изолирует ее от металла, и она долго не испаряется».
В качестве примеров использования законов испарения можно указать на разбрызгивание воды в горячих цехах для охлаждения воздуха, на использование сушильных камер, где ускорения процесса испарения жидкостей (из овощей, семян, древесных пород) достигают повышением температуры и вентиляцией нагретого воздуха.
Дают некоторые сведения о роли испарения в природе.
Всего с поверхности Земли за год испаряется в среднем 518 600 км3 воды. Этого количества воды достаточно, чтобы покрыть всю поверхность земного шара слоем большим, чем 1 м. Столько же в течение года выпадает осадков.
10. КИПЕНИЕ
Кипение — это особый вид парообразования, отличный от испарения. Поэтому при изучении кипения обращают внимание на внешние признаки явления, на постоянство температуры кипения.
Демонстрируют кипение воды в колбе и объясняют его. Описание внешней картины явления связывают с выявлением следующего: на стенках сосуда образуется много мелких пузырьков; объем пузырьков увеличивается, и начинает сказываться подъемная сила; внутри жидкости происходят более или менее бурные и неправильные движения пузырьков. На поверхности пузырьки лопаются. Процесс всплывания и разрушения на поверхности жидкости пузырьков, заполненных воздухом с паром, и характеризует кипение. Вводят понятие температуры кипения.