Решение экспериментальных задач по физике

Решение экспериментальных задач по физике

Использование принципа цикличности в обучении физике.

Экспериментальные задачи.

Тема: Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры.

Цель: Сравнение количества теплоты отданное горячей водой с количеством теплоты, полученным холодной водой. Ответить на вопрос, почему они разные? Экспериментальная проверка закона сохранения энергии.

Факты

Средства измерения: калориметр, термометр, весы с разновесами, мензурка.

Материалы: горячая, холодная вода.

Наблюдаемое явление: теплообмен в замкнутой изолированной системе (вода холодная, горячая, внутренний стакан калориметра).

Гипотеза

Если по результатам эксперимента получается что количество теплоты, отданное равно количеству теплоты полученному, то убеждаемся в справедливости закона сохранения внутренней энергии в результате теплообмена.

Модель

Q₁ =cmt₁ - количество теплоты отданное горячей водой.

Q₂ =cmt₂ - количество теплоты полученное холодной водой.

Q₃ =cmt₁ - количество теплоты полученное калориметром.

Q₁ = Q₂+ Q₃ - уравнение баланса закон сохранения энергии.

Проблема-задача

1. При сравнении Q₁ и Q₂, оценить "вклад" стакана калориметра в последний результат.

2. Объяснить условия, при которых полученный результат будет точнее: при переливании холодной воды в горячую или наоборот.

Проверить гипотезу экспериментально, оформив как новую задачу.

Следствия

1. Повторение правил пользования приборами:

- определить цену деления;

- определить пределы измерения;

- правила измерения температуры (измеряем температуру, не вынимая из воды термометр), объема жидкости.

2. Повторение устройства и назначения калориметра можно предложить ответить на вопросы

- зачем у калориметра делают двойные стенки?

- зачем между стенками прокладка из пенопласта?

- зачем стенки калориметра делают светлыми?

3. Повторение формул для расчёта количества теплоты Q =cmt и уравнения теплового баланса Qотд. = Qполуч.

4. В калориметр налить 100мл. горячей воды, измерить температуру и внести в условие задачи.

t гор =

m =

5. Налить в мензурку 100мл. холодной воды, измерить температуру и внести в условие задачи.

t хол =

m =

6. Перелить холодную воду в калориметр, осторожно перемешать, измерить температуру смеси, занести в условие задачи.

t =

7. Рассчитать по формулам

Q₁ =cmt₁

Q₂ =cmt₂

Сравнить значения.

8. Оценить численно "вклад" стаканчика калориметра в процессе теплообмена. Измерить его массу и внести в условие

m₁ =

c₁ = - удельная теплоёмкость алюминия.

9. Рассчитать Q₃ = c₁m₁t₁ - количество теплоты, отданное калориметром.

10. Сравнить Q₂ = Q₁+ Q₃, сделать вывод.

11. Перечислить основные источники погрешности и объяснить их влияние на полученный результат, при необходимости выполнить добавочные измерения.

12. Дополнительные задания: ∙ экспериментально проверить гипотезу о том, что точность результата изменится при перемешивании горячей воды в холодную.

∙ продумать эксперимент по определению удельной теплоёмкости металла (можно в качестве домашнего задания).

Эксперимент

Оценка результатов работы.

∙ Проанализировать результаты

∙ Сформулировать выводы, последующие из эксперимента.

Конспект урока.

Тема: решение экспериментальных задач по сравнению при смешивании воды разной температуры.

Цель: экспериментально проверить закон сохранения энергии, сравнивая количество теплоты, отданное горячей водой с количеством теплоты, полученным холодной при смешивании.

Ход урока.

Проблемная ситуация - проблемный эксперимент

1. - объявить тему урока.

- обратить внимание на выданное оборудование.

- напомнить технику безопасности.

2. Перед началом урока необходимо повторить формулы, законы:

- Q = cmt (на доске)

- Qотд = Qпол (на доске).

- С - физический смысл удельной теплоёмкости вещетва на примере (воды и алюминия) обратить внимание на С воды.

- вопросы можно задать:

а) почему воду используют в водяном отоплении и в системах охлаждения (вследствие большой удельной теплоёмкости воды даже при незначительном изменении температуры выделяется или поглащяется большое количество теплоты).

б) почему климат островов гораздо умереннее и ровнее, чем климат больших материков (вследствие большой удельной теплоёмкости окружающих водяных масс).

3. Целью нашего урока является экспериментальная проверка закона сохранения внутренней энергии при теплообмене. Необходимо рассчитать количество теплоты, отданное и полученное телами в результате теплообмена при смешивании воды разной температуры.

На основании полученных результатов сделать вывод о справедливости или несправедливости уравнения теплового баланса.

4. Обратить внимание на оборудование, которое выдано каждому на столе. С помощью этого оборудования можно провести эксперимент по проверке уравнения теплового баланса.

Этапы проблемного урока

1 этап. (Мотивационный) экспериментальная проверка закона сохранения внутренней энергии при теплообмене

2 этап. Определяем ход эксперимента (перед экспериментом необходимо определить цену деления термометра, мензурки и уравновесить весы).

Определить температуру горячей воды t_г (в калориметре).

Определить температуру холодной воды t_x .

Определить температуру смеси (холодная вода доливается в горячую).

Определить количество теплоты, отданное горячей водой Q₁

Определить количество теплоты, полученное холодной водой Q₂

Сравнить полученные результаты

3 этап (Деятельностный)

Оформляем эксперимент как задачу.

1. Qотд-?

Qпол-? Q₁ = cm₁t =

m₁= Q₂ = cm₂t=

m₂₌ Сравним результаты, Q₁ ≠ Q₂

t_г =

t_x =

t =

Возникла проблемная ситуация при проведении эксперимента.

Пути решения проблемы

• Выдвигаем гипотезу о том, что часть тепла идёт на изменение внутренней

энергии внутреннего стакана калориметра при теплообмене. Одним из решений проблемы является расчёт количества теплоты, полученное калориметром.

t_к =

t_колор = t_комн.

c₁ = Q₃ = c₂m_к(t - t_к) =

c₂ =

m_к = числовая проверка_________________________________

Q₁ Q₂ + Q₃

закон сохранения энергии при теплообмене оказался в этом случае справедлив

• А может ли точность результата зависеть от того горячую воду вливают в холодную или холодную в горячую. Проверим гипотезу экспериментально, оформим новую задачу.

Ход проверочного эксперимента

Определить температуру холодной воды t_x ( перелить в калориметр).

Определить t_г в мензурке (перелить в калориметр в холодную воду)

Определить температуру смеси .

Определить температуру калориметра t_к будет не комнатной, она изменится после наливания холодной воды.

Определить массу калориметра m_к

Определить массу холодной и горячей воды m (взять равные массы)

Определить количество теплоты, отданное горячей водой Q₁

Определить количество теплоты, полученное холодной водой Q₂

Определим количество теплоты, полученное калориметром Q₃ .

Проверим справедливость закона при теплообмене Q₁ = Q₂ + Q₃

Оформляем эксперимент как задачу.

Qотд-?

Qпол-? Q₁ = cm_хt₁=

Q₂ = cm_гt₂=

t_x =

t_г = Q₃ = c_кm_кt₃=

с =

t =

t_к =

m_{к =}

m =

с_к =

числовая проверка _________________________________

Q₁ = Q₂ + Q₃

4 этап. (Анализ, рефлексия) Почему такая разница? Перечислить основные источники погрешности и объяснить их: инструментальные и экспериментальные погрешности измерений влияют на точность результата; опыт доказывает, что результат будет точнее, если в горячую воду вливать холодную.

5. Используя навыки (умения) проведения эксперимента, предлагаю продумать эксперимент по определению удельной теплоёмкости вещества.

1) Взять тела разной массы, продемонстрировав равенство массы на весах.

2) Привязать нити к телам, опустить в горячую воду для нагревания одинаковой температуры (температуру зафиксировать).

3) Спустя некоторое время, опускаем в холодную воду, с измеренной заранее температурой.

4) Охлаждаясь, тела нагревают воду до разных температур.

5) Из опыта делаем вывод: тела из разных веществ, на одинаковой массы, отдают при охлаждении и требуют при нагревании на одно и т же число градусов разное количество теплоты, т.е. обладают разной теплоёмкостью.

6. Д/_З

Домашним заданием может служить составление алгоритма решение экспериментальой задачи по определению удельной теплоёмкости.

7. Подведение итогов.

• какая цель урока была?

• как достигли этой цели?

• какие выводы сделали?

Рефлексия!

Самоанализ урока.

1.Характеристика класса.

Урок проводится в 8 классе, с повышенной степенью мотивации. Класс должен быть работоспособный, активно вступающие в беседу, способные проектировать, проводить эксперимент и решать проблемные задачи, давать хорошие ответы. Уметь слушать, давать хорошие развернутые ответы и отстаивать свои позиции.

2.Характеристика темы, степень сложности вообще и трудности для данного класса.

Согласно планированию этот урок проводится на втором уроке после введения понятия теплоты. Это должен быть урок лабораторная работа, описание которой есть в учебнике. Само описание этой работы не позволяет полностью раскрыть суть явления. Многие просто пытаются «подогнать» ответ, т.е. вообще не осознавая цель работы. Поэтому я решила немного изменить ход изучения данного материала, проведя этот урок в форме «решение экспериментальных задач на расчет количества теплоты в процессе теплообмена», используя технологию проблемного обучения. Перед этим познакомились с законом сохранения внутренней энергии и уравнением теплового баланса. Это позволили учащимся получить более полные знания и сделать глубокие выводы. В частности: сформулировать не один, а три вывода; найти выход из сложившейся ситуации при расчете количества теплоты при теплообмене; экспериментально проверить гипотезу.

3.Обоснование постановки триединой цели урока, его тип и структура.

ЦЕЛЬ: обучающая: систематизирование и получение знаний о процессе теплообмена с точки зрения закона сохранения внутренней энергии.

развивающая: совершенствование умения в проведении эксперимента; формирование проектной компетентности через способность анализировать ситуацию, выдвигать идею, планировать и оценивать результаты своей деятельности, социальной компетентности через продуктивное взаимодействие в группе.

воспитательная: развитие культуры межличностного общения, через умение слушать друг друга, задавать вопросы и анализировать ответы.

ТИП УРОКА - данный урок можно отнести к типу «урок комплексного применения знаний». Дидактическая цель этого урока - создать условия для применения знаний и умений в знакомой и новой учебной ситуации. Урок состоит из четырех основных моментов:

1. Повторение учебного материала или актуализация.

2. Закрепление учебного материала ( это один из основных этапов урока- решение первой экспериментальной задачи)- обобщение и систематизация.

3. Применение учебного материала (главный этап).

4. Контроль и проверка. Если на уроке позволяет время, то последнее задание проверяем и оцениваем на уроке, иначе оно остается на дом. Дома продумывают шаги экспериментальной задачи, на следующем уроке выполняют их, используя оборудование, которое им предоставлено.

4. Выделение главного этапа урока, его анализ.

Главным этапом урока является применение учебного материала - использование знаний в новой учебной ситуации. Главный этап урока заключается не только в экспериментальной проверке закона сохранения внутренней энергии, но и поиск более точных путей решения данной задачи.

• Этот этап начинается тогда, когда учащиеся получают первый результат о неравенстве количеств теплоты, отданных и полученных водой при смешивании. Появляется необходимость в выдвижении гипотез по этому поводу, одной из которых является то, что в теплообмене участвуют не два тела , а три- вода холодная, горячая и внутренний стакан калориметра. Сделав необходимые вычисления, убеждаемся в справедливости уравнения теплового баланса.

• Далее учащимся предлагается решить еще одну задачу: « а будет ли точность результата зависеть от того, горячую воду вливают в холодную или холодную в горячую?». Используя умения проводить эксперимент, учащиеся могут самостоятельно выполнить это задание, оформив его как новую задачу.

ВЫВОД: Вся структура урока была подчинена триединой дидактической цели и работала на единый результат. Наиболее удачным считаю основной этап, т. к. позволяет учащимся использовать свои знания в новых учебных ситуациях, позволяет сделать более глубокие выводы на примере процесса теплообмена. Все этапы урока связаны между собой. Осуществлению познавательного аспекта способствовало систематизация и обобщение знаний о процессе теплообмена с точки зрения закона сохранения внутренней энергии. Осуществлению развивающего аспекта способствовало совершенствовании навыков в проведении эксперимента, формирование проектной и социальной компетентностей учащихся. Осуществлению воспитательного аспекта способствовало развитие культуры межличностных отношений, культуры общения через умение слушать друг друга, оценивать результаты, работу в паре.

Я считаю, что урок представляет целостную систему, поставленные цели достигнуты, реальные результаты: