Г.Н.Смирнова (учитель физики),
Л.Н.Камышева (учитель биологии),
Юдинская ООШ, Ярославская обл.

Тепловые явления. Вода – удивительное вещество

Сельская молочисленная школа

Интегрированный урок: ФИЗИКА+БИОЛОГИЯ+ИНФОРМАТИКА. 8-й класс

Цели урока: способствовать формированию знаний о свойствах воды и практическом её применении, формированию логического мышления при работе с текстом художественного произведения, развитию навыков работы на компьютере; воспитывать самостоятельность, умение делать выводы, анализировать и отстаивать свою точку зрения.

Оборудование: компьютеры для работы детей парами (сильный со слабым), принтер, диски «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Медиатека по физике» и «Открытая биология».

Ход урока

1. Вступительное слово (3–5 мин)

*Учитель физики. Ребята, сегодня на уроке мы обобщим и закрепим основные понятия по теме «Тепловые явления». Изучая эту тему, мы часто говорили о воде, и это неслучайно. Вода играет очень большую роль в жизни всего живого на Земле. О роли воды в жизни человека вам расскажет учитель биологии.

__________

*Для того чтобы заинтересовать детей, в начале урока можно включить компьютерную запись шума моря, водопада, поместить на доску картины художников с изображением воды, рассказать об одном из чудес света – садах Семирамиды. Материал по биологии подкрепляется информацией с диска «Открытая биология».

2. Физические свойства воды и их биологическое значение (5 мин)

Учитель биологии. Вода играет исключительно важную роль в жизненных процессах не только как обязательная составляющая часть всех клеток и тканей, о чём вы уже знаете, но и как среда, в которой протекают все химические превращения, связанные с жизнедеятельностью организмов. Выпитая или поступившая с пищей вода всасывается в желудке и кишечнике, поступает в кровь и её током распределяется по тканям организма. Только в жидкой водной среде совершаются процессы пищеварения и усвоения пищи в желудочно-кишечном тракте, происходит синтез живого вещества в клетках.

Вода вымывает из клеток отработанные продукты обмена веществ, выносит их из организма, главным образом через почки (с мочой) или через кожу (с потом). Она выполняет также важную механическую роль, облегчая скольжение трущихся поверхностей: суставов, связок, мышц и т.д.

Вода играет ответственную роль в регуляции температуры нашего тела. Значение воды столь велико, что исключение её из организма может привести к смерти уже через несколько дней.

Приведите примеры, подтверждающие широкое применение воды.

(Дети отвечают. Затем учитель выдаёт каждой паре рабочий лист № 1, где в процентах указано потребление воды в разных отраслях народного хозяйства – из учебника географии для 8-го класса. По этим данным дети строят диаграмму в программе Microsoft Excel и делают распечатку одной копии, которая крепится на доске. Затем они формулируют вывод о значении воды в жизни человека, растений, животных, который нужно записать коротко на доске под номером 1, например: «Вода – необходимое и незаменимое вещество».)

3. Значение воды на Земле (6 мин)

Учитель физики. А теперь, друзья, вспомним физические свойства воды. Для этого я выдаю вам рабочий лист № 2 с отрывками из художественных произведений. Внимательно, пожалуйста, прочитайте их и дайте физическое объяснение описанным явлениям. (Ученики читают вслух отрывки и пытаются объяснять. После анализа содержания рабочих листов в ходе фронтальной беседы ученики делают вывод о физических свойствах воды, который записывается на доске под номером 2, например: «Вода находится в природе в трёх агрегатных состояниях».)

Учитель биологии. А знаете ли вы, ребята, что вода на Земле находится в трёх агрегатных со-стояниях из-за аномалии своих свойств? Известно, что вода кипит при температуре 100 °С, а лёд плавится при 0 °С. Но по химической структуре вода должна бы кипеть, а лёд плавиться не при этих температурах, а при очень низких, которых на Земле не бывает. И тогда вода существовала бы в одном агрегатном состоянии – в виде пара, – а ведь жизнь всех живых организмов связана с водой в жидком состоянии! Таким образом, жизнь на Земле появилась благодаря этой аномалии свойств воды.

4. Решение качественных физических задач (10 мин)

Учитель физики. Скажите, пожалуйста, может ли вода находиться сразу в трёх агрегатных состояниях в одном сосуде? (Дети отвечают утвердительно, т.к. в ходе изучения темы проводился опыт, доказывающий плохую теплопроводность воды. Кроме того, ученики могут вспомнить, что не зря же воду нагревают, подводя к ней тепло снизу. Анализируя ответы, приходят к общему выводу, который записывается на доске под № 3, например: «Вода обладает плохой теплопроводностью».)

5. Повторение основных формул темы (4 мин)

Учитель физики. Если вода имеет плохую теплопроводность, почему же её используют для обогрева помещений? (Выслушиваются ответы учеников. Среди них будет, очевидно, и такой: «У воды высокая удельная теплоёмкость».)

А что это значит? (Ученики дают определение удельной теплоёмкости, обозначение, называют единицу этой физической величины.)

Где ещё и с какой целью использует человек воду, вещество с высокой удельной теплоёмкостью? (Мальчики, возможно, вспомнят назначение радиаторов в технике. Девочки знают, как с помощью воды спасают весеннюю рассаду от заморозков. Подводится итог, и на доске под № 4 записывается вывод: например: «Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью».)

Учитель биологии. Высокая теплоёмкость воды имеет большое биологическое значение. Вода нагревается впятеро медленнее песка. А чтобы нагреть на 1 °С литр воды, тепла потребуется в 3300 раз больше, чем для нагрева литра воздуха. Зато, когда вода остывает, она отдаёт столько же тепла, сколько взяла, нагреваясь. Из-за этой исключительной способности воды обитателям водоёмов никогда не угрожает ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение.

6. Решение задач на основные формулы (5 мин)

Учитель физики. Итак, при остывании на 1 °С воды массой 1 кг выделяется 4200 Дж энергии. А при остывании кипятка сколько выделится энергии? (Отвечают дети. Сильные ученики заметят, что точный ответ на вопрос дать невозможно, т.к. не указано, до какой температуры будет остывать жидкость, и нет данных о массе кипятка. После разрешения всех этих вопросов ученики получают рабочий лист № 3, решают задачу парами в электронных таблицах, после чего сверяют ответы и, увидев расчётный результат, убеждаются в том, что не зря вода используется для обогрева. Затем делают вывод и записывают его на доске под № 5.)

7. Повторение сути тепловых явлений (20 мин)

Учитель физики. При решении задачи мы повторили, что вода кипит при температуре 100 °С. Почему температура не изменяется в течение всего процесса? (Дети отвечают. Учитель предлагает выяснить суть физических явлений, описанных в художественном отрывке в рабочем листе № 4. В ходе беседы выясняется, что кипение и испарение – способы парообразования.)

Учитель биологии. Вода имеет ещё очень важную особенность: у неё высокая скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления (чтобы выпарить воду из чайника, тепла потребуется в 5,5 раз больше, чем чтобы вскипятить её). Если бы не это свойство воды – медленно испаряться даже в жару – многие водоёмы летом быстро бы пересыхали до дна, и вся жизнь в них погибла бы. Замерзая, вода тоже отдаёт много тепла: 1 л воды, превращаясь в лёд, может на 1 °С подогреть 250 000 л воздуха.

Учитель физики. А теперь повторим факторы, влияющие на скорость испарения воды. (Просмотр 1-го, 2-го и 4-го листов урока 23 на диске «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Уроки физики в 7–8 классах». Дети должны быть предельно внимательны, т.к. после прослушивания им нужно будет перечислить эти факторы и вспомнить, все ли факторы были сформулированы. После этой работы ученикам выдаётся «справка», которая, возможно, пригодится им в дальнейшем.

Выполненная работа обобщается, и на доске записывается коротко вывод № 6, например: «Кипение и испарение – два способа парообразования».)

Учитель физики. Прежде чем перейти к решению задач, учитель биологии ознакомит вас и с другими аномалиями воды, которые спасли жизнь на Земле.

Учитель биологии. Известно, что при замерзании вода расширяется на 9%, поэтому лёд всегда легче воды (шестигранные кристаллы природного льда связаны рыхло, между ними много пустот). Лёд всплывает вверх, и редкий водоём промерзает до дна. Одновременно лёд является хорошим теплоизолятором. «Укутывая» зимой ледяной «шубой» воду, природа сохраняет её тёплой и жидкой, не даёт затвердеть. Ведь твёрдая вода для жизни не пригодна.

Вам также известно из уроков физики, что при охлаждении вода сжимается, но, достигнув 4 °С, она начинает уже расширяться, хотя температура и далее понижается. Поэтому вода самая плотная и тяжёлая именно при +4 °С. Эта аномалия имеет биологическое значение: зимой, охладившись до 4 °С, вода опускается на дно и здесь сохраняется в течение всей зимы (в пресных водоёмах). Охладившиеся сильнее слои воды всплывают, т.к. их плотность и вес меньше. Поэтому зимой на дне прудов, рек и озёр сравнительно тепло, что спасает жизнь обитателям водоёмов.

Нельзя не обратить внимание на другую немаловажную аномалию воды: у неё из всех жидкостей, кроме ртути, самое большое поверхностное натяжение. Внутри жидкости притяжение молекул друг к другу уравновешено, а на поверхности – нет. Молекулы, которые лежат в глубине, тянут вниз самые верхние молекулы. Поэтому капля и стремится стянуться в узелок. Все мы видели, как по поверхности воды, словно по паркету, бегают насекомые –вертячки и водомерки, – ведь эта поверхность всегда затянута тончайшей плёнкой из молекул. За неё цепляются, повиснув вниз головой, личинки комаров и даже ползают улитки с массивными раковинами. Чтобы разорвать эту плёнку, нужна немалая сила. Силы поверхностного натяжения тянут вверх воду из глубины почвы, питая растения солями и влагой. Увлекаемая ими, течёт она по корням и стеблям самих растений и наполняет кровью наши капилляры.

Вода – носитель жизни на Земле, это известно всем. Но почему именно вода? Потому, что вода – лучший в мире растворитель. Она растворяет очень многие вещества, но сама при этом остаётся инертной, её свойства мало изменяются от растворяемых веществ. Все растворы, циркулирующие в живых организмах, – водные. Именно благодаря этому свойству вода и смогла стать носителем жизни.

8. Закрепление методов решения задач (30 мин)

Учитель физики. При работе над темой «Тепловые явления» мы изучили много формул, но сегодня, решая задачу, повторили только одну. Поэтому сейчас постараемся вспомнить изученные тепловые процессы и формулы, их характеризующие. (Одной паре учеников, где есть несомненный лидер в решении задач, выдаётся рабочий лист, в котором предлагается решить задачу с диска «Виртуальная школа» на теплообмен. На рабочем листе перечислен порядок действий работы с диском: «Запустить//Регистрация//Продолжить//Уроки//Группа VII//Урок 23//Слева второе окно (упражнение)//Задача № 3//Решить задачу и записать её решение в рабочую тетрадь//Проверить решение задачи с помощью подсказок». Остальные ученики составляют таблицу, в которую вносят основные формулы по теме в программе Microsoft Word, и одну копию распечатывают. Таблица вывешивается на доску. После этого формулируется вывод и записывается на доске под № 7.

Поскольку задания на компьютере дети выполняют с разной скоростью, нужно подготовить карточки с дополнительными заданиями, на которые дети дают ответы письменно в рабочей тетради. Например: 1. Кипение и испарение. В чём их сходство и в чём различие? 2. Почему сырые дрова горят хуже, чем сухие? 3. Воде сообщили некоторое количество теплоты. Всегда ли можно утверждать, что её температура повысилась? 4. Вода или пар, если их массы одинаковы, обладают наибольшей внутренней энергией при температуре 100 °С? 5. Если требуется побыстрее охладить воду, то следует кастрюлю с водой поставить на лёд или лёд положить на кастрюлю? 6. Лёд взяли при температуре –10 °С и превратили его в воду температурой +20 °С. Постройте схематически график этих преобразований. 7. Кипящую воду остудили и превратили в лёд. Постройте схематически график этих процессов.)

Учитель биологии. Великий Леонардо сказал: «Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле». Взрослый человек состоит на 65–70% из воды. Даже в зубной эмали содержится 0,3% воды. А далее проанализируем диаграмму. (Ответы учеников.)

Процентное содержание воды в органах человека

9. Домашнее задание. Рефлексия. Подведение итогов (5–7 мин)

Учитель физики. Дома, пожалуйста, подумайте над такими вопросами: а) если бы вы жили на юге России, как бы эту удивительную жидкость можно было использовать для охлаждения помещений? б) какого цвета вода? (Подробнее ответ на последний вопрос следует рассмотреть на уроках при изучении законов преломления и отражения света.)

Учитель биологии. На уроке вы узнали о некоторых аномалиях воды, которые имеют большое значение для жизни живых организмов на Земле. Дома в рабочих тетрадях составьте таблицу или схему «Аномалии воды и их биологическое значение».

И в заключение, ребята, оцените урок в целом и свою работу на уроке. (К доске прикреплены конверты для самооценки с соответствующими надписями, например: «Я доволен своей работой на уроке; «Я не доволен своей работой на уроке»; «Я старался, но не всё получилось; «Урок мне не понравился»; «Мне было на уроке интересно», – и рисунками, а у ребят на руках – карточки с такими же рисунками. При выходе из класса каждый ученик кладёт две карточки в те конверты, которые соответствуют его оценке.)