Фізика · модуль «Температура. Внутрішня енергія. Теплопередача»
Цей урок продовжує попередній: учні вже знають, що таке температура, уміють користуватися термометром і мають початкове уявлення про теплову рівновагу. Тепер вони досліджуватимуть, як зміна температури впливає на розміри тіл.
Важливо підвести учнів до наступної теми — «Внутрішня енергія. Способи зміни внутрішньої енергії». Тому наприкінці уроку варто поставити запитання: що відбувається всередині речовини, коли тіло нагрівається? Відповідь на нього стане переходом до розгляду внутрішньої енергії.
1. Загальна характеристика уроку
Тема уроку: Залежність розмірів фізичних тіл від температури.
Тип уроку: урок формування нових знань із дослідницькими елементами.
Основна ідея уроку: зміна температури зазвичай спричиняє зміну розмірів фізичних тіл. Під час нагрівання більшість тіл розширюється, а під час охолодження — стискається. Виявлення цієї закономірності дає змогу пояснити низку явищ у природі, побуті й техніці.
Обладнання: металева кулька з кільцем (якщо є), демонстраційний прилад для дослідження теплового розширення, посудини з водою різної температури, термометр, зображення температурних швів мостів і залізничних рейок або відповідні відеофрагменти.
Ключові поняття: теплове розширення, теплове стискання, зміна температури, лінійні розміри, об'єм тіла.
2. Результати навчання у фокусі уроку
Група результатів | Результат, який формуємо |
|---|---|
ГР1. Пізнання світу природи засобами наукового дослідження | Спостерігає теплові явища, формулює припущення про залежність розмірів тіла від температури, бере участь у виконанні демонстраційного або практичного дослідження, формулює висновок за результатами спостереження. |
ГР2. Опрацювання, систематизація та використання інформації фізичного змісту | Аналізує результати спостережень, порівнює стан тіла до й після нагрівання або охолодження, опрацьовує схеми, зображення та описи фізичних явищ. |
ГР3. Усвідомлення закономірностей природи та застосування фізичних знань | Пояснює залежність розмірів більшості тіл від температури, розрізняє теплове розширення та теплове стискання, застосовує знання для пояснення явищ у природі, побуті й техніці. |
ГР4. Розвиток наукового мислення, відповідальної поведінки та усвідомлення значення фізики для суспільства | Обґрунтовує необхідність урахування теплового розширення під час проєктування споруд і технічних пристроїв, дотримується правил безпеки під час спостереження теплових явищ. |
3. Очікувані результати навчання
Наприкінці уроку учень/учениця зможе:
пояснити, що називають тепловим розширенням і тепловим стисканням;
описати, як змінюються розміри більшості тіл під час нагрівання й охолодження;
навести приклади теплового розширення твердих тіл, рідин і газів;
за результатами досліду сформулювати висновок про вплив температури на розміри тіла;
пояснити призначення проміжків між рейками або температурних швів у спорудах;
висловити припущення про те, що відбувається з частинками речовини під час нагрівання.
Останній результат є підготовчим: докладне пояснення зміни внутрішньої енергії учні опрацьовуватимуть на наступному уроці.
4. Хід уроку
Орієнтовна тривалість — 45 хвилин.
3 хв
Етап 1. Актуалізація опорних знань
Учитель повертається до домашнього завдання з попереднього уроку.
Запитання до учнів:
Яка фізична величина характеризує тепловий стан тіла?
За допомогою якого приладу вимірюють температуру?
Що відбувається, коли тіла з різною температурою контактують між собою?
Чи може змінитися температура тіла без видимого нагрівання полум'ям?
Очікувані відповіді: температура; термометр; відбувається теплообмін; так, наприклад, тіло може нагріватися в теплій воді або охолоджуватися в прохолодному середовищі.
Учитель повідомляє тему уроку й пропонує з'ясувати, чи змінюються під час нагрівання лише температура тіл, чи також їхні розміри.
5 хв
Етап 2. Створення проблемної ситуації
Учитель демонструє фотографії або відео залізничних рейок, мосту з температурними швами, металевої кришки банки.
Проблемні запитання:
Чому між окремими конструктивними елементами мостів передбачають проміжки?
Чому металеву кришку банки іноді легше відкрутити після нагрівання теплою водою?
Що могло б статися, якби під час спорудження мосту не врахували зміну температури?
Учні висловлюють припущення. Учитель фіксує їх на дошці, не оцінюючи відразу як правильні чи неправильні.
Очікуваний висновок: температура може впливати на розміри тіл, і цю залежність необхідно враховувати в техніці.
8 хв
Етап 3. Дослідження теплового розширення
Учитель організовує демонстраційний дослід. Основний варіант — використання приладу з металевою кулькою та кільцем.
Хід демонстрації:
За кімнатної температури перевіряють, чи проходить металева кулька крізь кільце.
Кульку нагрівають відповідно до інструкції до приладу.
Повторюють спробу пропустити кульку крізь кільце.
Після охолодження кульки знову перевіряють результат.
Нагрівання виконує тільки вчитель, дотримуючись правил безпеки. Якщо такого обладнання немає, можна продемонструвати дослід із пляшкою та повітряною кулькою: пляшку почергово поміщають у теплу й прохолодну воду, спостерігаючи зміну розміру кульки.
Запитання для спостереження:
Чи проходила кулька крізь кільце до нагрівання?
Що змінилося після нагрівання?
Які умови досліду залишалися незмінними?
Як можна пояснити результат?
Очікуваний висновок учнів: унаслідок нагрівання кулька збільшилася настільки, що перестала проходити крізь кільце. Отже, нагрівання спричинило зміну її розмірів.
Учитель уточнює: дослід демонструє теплове розширення твердого тіла. Якщо використано пляшку з кулькою, спостерігають розширення нагрітого повітря, яке збільшує об'єм кульки.
Формування ГР1: учні спостерігають, порівнюють результати та формулюють висновок на основі досліду.
7 хв
Етап 4. Пояснення залежності розмірів тіл від температури
Учитель узагальнює результати досліду.
Теплове розширення — збільшення лінійних розмірів або об'єму тіла внаслідок підвищення температури.
Теплове стискання — зменшення лінійних розмірів або об'єму тіла внаслідок зниження температури.
Більшість твердих тіл, рідин і газів під час нагрівання розширюються, а під час охолодження стискаються. Проте існують винятки, наприклад вода в певному інтервалі температур поблизу точки замерзання.
Учитель пропонує порівняти прояви теплового розширення в різних агрегатних станах.
Агрегатний стан | Приклад |
|---|---|
Тверде тіло | Збільшення довжини металевого стрижня під час нагрівання |
Рідина | Зміна об'єму рідини в термометрі зі зміною температури |
Газ | Зміна об'єму повітря в кульці під час нагрівання |
Запитання для перевірки:
Чи означає теплове розширення, що збільшується маса тіла?
Що відбувається з розмірами більшості тіл під час охолодження?
Чи однаково сильно розширюються різні речовини за однакової зміни температури?
Очікувані відповіді: маса тіла за звичайних умов не змінюється; під час охолодження тіла зазвичай стискаються; різні речовини мають різні властивості теплового розширення.
7 хв
Етап 5. Застосування знань: теплове розширення в житті й техніці
Учитель пропонує учням розглянути практичні ситуації.
Завдання 1. Залізничні рейки.
Чому під час прокладання залізничної колії потрібно враховувати можливе подовження рейок у спеку?
Очікувана відповідь: нагрівання спричиняє теплове розширення металу. Якщо конструкція не передбачає відповідної компенсації температурних змін, можуть виникнути небезпечні деформації.
Завдання 2. Металеві мости.
Для чого інженери передбачають температурні шви в мостах?
Очікувана відповідь: вони дають змогу конструкції змінювати розміри під час нагрівання й охолодження без надмірних механічних напружень.
Завдання 3. Термометр.
Як зміна об'єму рідини допомагає вимірювати температуру?
Очікувана відповідь: зі зміною температури змінюється об'єм термометричної рідини, а її рівень переміщується вздовж шкали. У межах робочого діапазону приладу це дає змогу визначати температуру.
Учитель наголошує, що теплове розширення не завжди є небажаним: його використовують у термометрах, терморегуляторах та інших пристроях.
8 хв
Етап 6. Закріплення навчального матеріалу
Учні виконують завдання індивідуально або в парах.
Завдання 1. Доповни речення.
Під час нагрівання більшість тіл…
Під час охолодження більшість тіл…
Збільшення розмірів тіла внаслідок нагрівання називають…
Зміна температури може впливати на…
Завдання 2. Визнач, правильні чи неправильні твердження.
Усі речовини за будь-яких умов розширюються під час нагрівання.
Металеві конструкції можуть змінювати довжину зі зміною температури.
Під час теплового розширення маса тіла обов'язково збільшується.
Теплове розширення газів можна спостерігати за зміною об'єму повітря в гнучкій кульці.
Відповіді: 1 — неправильно; 2 — правильно; 3 — неправильно; 4 — правильно.
Завдання 3. Поясни фізичне явище.
Металевий дріт улітку стає трохи довшим, ніж узимку. Чому?
Орієнтовна відповідь: за вищої температури метал розширюється, тому довжина дроту збільшується.
Завдання 4. Завдання підвищеної складності.
Два стрижні однакової довжини виготовлені з різних металів. Їх нагріли на однакову кількість градусів. Чи обов'язково вони подовжилися на однакову величину? Поясни.
Очікувана відповідь: ні, оскільки різні матеріали мають різні коефіцієнти теплового розширення.
Для учнів, які ще не вивчали коефіцієнт розширення, достатньо пояснення на якісному рівні: властивості матеріалів різняться.
5 хв
Етап 7. Підбиття підсумків і перехід до наступної теми
Учитель повертається до проблемних запитань на початку уроку.
Учні завершують фрази:
Сьогодні я з'ясував/з'ясувала, що…
Теплове розширення потрібно враховувати, коли…
Мене зацікавило запитання…
Проблемне запитання для наступного уроку:
Якщо під час нагрівання змінюються розміри тіла, то що відбувається з частинками речовини всередині нього? Чи змінюється лише їхній рух, чи також енергія тіла?
Учитель повідомляє, що наступний урок буде присвячено поняттю внутрішньої енергії та способам її зміни.
5. Формувальне оцінювання
Під час уроку вчитель оцінює не тільки правильність відповідей, а й те, як учні спостерігають, пояснюють явища та обґрунтовують висновки.
Критерій | Ознака досягнення |
|---|---|
Розуміння поняття | Учень пояснює теплове розширення й теплове стискання |
Дослідницькі вміння | Описує спостереження та формулює висновок |
Застосування знань | Пояснює призначення температурних швів або інший практичний приклад |
Наукове мислення | Розрізняє спостережений факт і пояснення цього факту |
Комунікація | Наводить аргументи на підтвердження свого висновку |
Для швидкого оцінювання наприкінці уроку можна попросити учнів на вихідному квитку написати одне речення: «Під час нагрівання тіло зазвичай змінює свої розміри, тому що…». Відповіді допоможуть визначити, чи готові учні переходити до пояснення внутрішньої енергії.
6. Домашнє завдання
Обов'язкове:
Опрацювати відповідний параграф підручника.
Записати визначення теплового розширення й теплового стискання.
Навести по одному прикладу теплового розширення твердого тіла, рідини та газу.
Пояснити, чому під час проєктування мостів враховують температурні зміни.
Творче завдання на вибір: знайти вдома або в навколишньому середовищі приклад використання теплового розширення та підготувати коротке пояснення його принципу дії.
7. Методичний перехід до уроку 3
Наступна тема — «Внутрішня енергія. Способи зміни внутрішньої енергії» — має розкрити фізичний зміст явищ, які учні спостерігали на цьому уроці.
На уроці 2 | На уроці 3 |
|---|---|
Спостерігають зміну розмірів тіл під час нагрівання й охолодження | З'ясовують, що таке внутрішня енергія тіла |
Установлюють зв'язок між температурою та тепловим розширенням | Розглядають зв'язок внутрішньої енергії з рухом і взаємодією частинок |
Формулюють висновки за результатами досліду | Досліджують способи зміни внутрішньої енергії — виконання роботи та теплопередачу |
Пояснюють приклади з техніки й побуту | Застосовують поняття внутрішньої енергії для пояснення теплових явищ |
Головне — не випереджати зміст наступного уроку надмірно докладним поясненням руху частинок. На цьому уроці достатньо сформувати запитання, яке учні зможуть розв'язати під час вивчення внутрішньої енергії.
Немає коментарів:
Дописати коментар