1. Розв’язування задач.
Мета.
Навчальна. Узагальнити та систематизувати знання учнів про особливості
процесів пароутворення та конденсації, плавлення, кристалізації; формувати і
розвивати вміння розв’язувати задачі.
Розвиваюча. Розвивати логічне мислення, вміння працювати в групі.
Виховна. Виховувати почуття колективізму, взаємопідтримки.
Тип уроку. Формування знань, умінь, навичок.
План
1. Актуалізація опорних знань.
2. Вчимось розв’язувати задачі.
3. Домашнє завдання.
4. Для допитливих.
Хід уроку
1. Актуалізація опорних знань.
Перевірка розв’язків домашніх задач.
Фронтальне опитування:
1. Що таке кипіння?
2. Які явища спостерігаються в рідині перед тим, як вона починає кипіти?
3. Яка сила змушує бульбашку газу підніматися на поверхню рідини?
4. Чи змінюється температура рідини під час кипіння?
5. Від яких чинників залежить температура кипіння рідини?
6. На що витрачається енергія, яку одержує рідина під час кипіння?
7. Що називають питомою теплотою пароутворення?
8. За якою формулою можна обчислити кількість теплоти, що поглинається під
час пароутворення або виділяється під час конденсації?
9. Коли чай охолоне сильніше: якщо в нього відразу покласти цукор, а потім
почекати кілька хвилин, чи спочатку почекати кілька хвилин, а потім покласти
цукор?
10. Щоб прискорити процес приготування юшки, рибалки ще підкинули гілок у
багаття під казаном, у якому вже кипіла води з рибою й овочами. Чи швидше
приготується юшка? Відповідь обґрунтуйте.
11. Чи існує така температури при якій рідина перестає випаровуватись?
12. У якій каструлі вода закипить швидше: у відкритій чи закритій? Відповідь
обґрунтуйте.
13. При кипінні електричного чайника з нього виходить туман. Чому туман
зникає, коли до нього піднести запалений сірник?
14. Восени перед сходом Сонця, коли температура повітря падає, часто
утворюється туман. Чому утворення туману запобігає подальшому зниженню
температури повітря?
2. 15. На високогір’ї у воді, що кипить в казані на вогнищі, неможливо зварити
м’ясо. Чому?
2. Вчимось розв’язувати задачі.
Задача 1. На графіку показана залежність температури Т речовини від часу t. В
початковий момент часу речовина знаходилось в твердому стані. Яка точка
відповідає закінченню процесу плавлення?
Розв’язання: Розглянемо графік. На ділянці
1-2 температура тіла змінюється – воно
нагрівається. Коли тіло нагріється до
температури плавлення, температура його
перестане змінюватись до того часу поки
тіло не розплавиться. Після цього
температура знову почне збільшуватись, так
як буде нагріватися рідина, що утворилась.
Точка 3, що знаходиться в кінці горизонтальної ділянки і є точкою закінчення
процесу плавлення.
Відповідь: точка 3.
Задача 2. На графіку показана залежність температури води в чайнику від часу.
Такий вигляд графіка можливий, якщо
1) перші 20 хвилин чайник стояв на гарячій
плиті, а потім 20 хвилин – на столі;
2) перші 20 хвилин чайник стояв на столі, а
потім 20 хвилин– на гарячій плиті;
3) всі сорок хвилин чайник стояв на столі;
4) всі сорок хвилин чайник стояв на гарячій
плиті.
Розв’язання: Температура спочатку є сталою
– так буває під час кипіння, або пароутворення. Потім температура знижується
– вода охолоджується. Отже, чайник стояв на плиті і кипів, після цього
охолоджувався на столі.
Відповідь: 1) перші 20 хвилин чайник стояв на гарячій плиті, а потім 20 хвилин
– на столі.
Задача 3. Скільки теплоти виділиться у процесі конденсації 100 г спирту,
взятого при температурі кипіння?
Дано:
m = 100 г = 0,1 кг
r = 900∙103
Дж/кг
Q - ?
Розв’язання:
Кількість теплоти, що виділяється у процесі конденсації
при температурі кипіння рідини, визначається:
Q = r∙m
Q = 900∙103
∙0,1 = 0,9∙105
Дж
3. Відповідь: Виділиться 0,9∙105
Дж теплоти.
Задача 4. Яку кількість теплоти треба надати 50 г води, температура якої 00
С,
щоб довести її до кипіння і перетворити половину її в пару?
Дано:
m1 = 50 г = 0,05 кг
m2 = 25 г = 0,025 кг
c = 4200 Дж/кг 0
С
r = 2,3∙106
Дж/кг
t1 = 0 0
С
t2 = 100 0
С
Q - ?
Розв’язання:
Шукана кількість теплоти визначається сумою теплот
для нагрівання 50 г води до 1000
С і випаровування
25 г води.
Загальна кількість витраченої енергії:
Q = Q1 + Q2
Q1 – енергія, яка необхідна для нагрівання води до
температури кипіння:
𝑄1 = 𝑐𝑚1(𝑡2 − 𝑡1)
Q2 - енергія, необхідна для перетворення води в пару:
𝑄2 = 𝑟 ∙ 𝑚2
Отже, Q = 𝑐𝑚1(𝑡2 − 𝑡1) + 𝑟 ∙ 𝑚2
Q = 4200 Дж/кг∙ 0
С ∙ 0,05 кг ∙ 100 0
С + 2,3∙106
Дж/кг ∙
0,025 кг = 78,5 кДж
Відповідь: необхідно 78,5 кДж теплоти.
Задача 5. В алюмінієвий калориметр масою 0,5 кг , в якому знаходиться 1 кг
води при 100
С, впустили 100 г водяної пари температурою 1000
С. Яка
температура буде в калориметрі після встановлення теплової рівноваги?
Втратами теплоти знехтувати.
Дано:
m1 = 0,5 кг
m2 = 1 кг
m3 = 0,1 кг
c = 4200 Дж/кг 0
С
r = 2,3∙106
Дж/кг
t1 = t2 = 10 0
C
t3 = 100 0
С
t - ?
Розв’язання:
Складаємо рівняння теплового балансу: у лівій його
частині запишемо кількість теплоти, яку отримали
калориметр і вода в ньому; у правій частині –
кількість теплоти, яку віддали пара і вода, утворена з
неї, у процесі охолодження:
cm1( t - t1)+cm2(t - t2) = rm3 + cm3(t3 - t)
Звідси: 5060 ∙ t = 31840 0
C
t = 63 0
C.
Відповідь: t = 63 0
C.
3. Домашнє завдання.
Повторити параграфи 12, 13, 14. Виконати вправу 14 № 5, 6, 7.
4. 4. Для допитливих.
Яка вода замерзне швидше: холодна чи гаряча? Проведемо експеримент.
Візьмемо дві однакові склянки і наповнимо
їх водою, одну – окропом, іншу – водою з-
під крану. В якій з них вода замерзне
швидше, якщо склянки виставити на мороз?
Відповідь очевидна: щоб заморозити воду
слід відвести (забрати) тепло
Q = cm(t - 0°C) + λm.
Оскільки температура окропу є вища за
температуру води з-під крану, отже від
гарячої посудини слід відвести більшу кількість тепла, а отже процес
заморозки займе більше часу.
Але в ході проведення експерименту виявляємо, що гаряча вода замерзає
швидше.
Явище, яке здається на перший погляд парадоксальним, має просте фізичне
пояснення.
Проведемо ще раз цей самий експеримент, накривши обидві склянки
герметично кришками. Виявимо, що дива в цьому випадку не сталося: спочатку
замерзне холодна, а потім і гаряча вода.
Щоб розставити всі крапки над і згадаємо, як охолоджується вода?
Охолодження води відбувається в результаті 2-х процесів: теплообміну з
навколишнім середовищем і випаровування. Обидві посудини зроблено зі скла,
тому теплообмін через стінки буде незначним і охолодження відбуватиметься в
основному за рахунок випаровування з поверхні.
Внаслідок випаровування над поверхнею рідини утворюється пара. Якщо
посудина з водою закрита, то пара над рідиною швидко стає насиченою і
подальше охолодження відбувається лише за рахунок теплообміну.
Зовсім по-іншому охолоджується вода у відкритій посудині. При
випаровуванні маса води весь час зменшується і тому, коли температура
опуститься до 0°С, у гарячій посудині виявиться значно менше води, ніж у
холодній. Після цього рідини в обох посудинах охолоджуватимуться однаково.
Саме це є основним поясненням цього експериментального парадоксу.
