Л.Н.РАГУЛИНА,
школа № 266, г. Москва

aaragulina@mail.ru

Осмысление понятия «удельная величина»

Урок «Количество теплоты и удельная теплоёмкость». 8-й класс

Мышление – это деятельность «чтобы узнать»,
а о вещах ничего нельзя узнать, не проследив,
что они делают и что с ними делается.

П.Я.Гальперин

В процессе обучения физике разумность деятельности является наиважнейшей задачей. Примером построения образа, выработки умения «вращать» его мысленно, рассматривая с разных сторон, под разными углами является формирование понятия удельной величины. Удельные величины (т.е. доли) рассматриваются в течение всего курса физики и представляют собой в обобщённом виде отношение двух физических величин:

– удельная теплоёмкость ~ Q/m;

– удельная электропроводность ~ R/l, ~ R/S;

– удельная теплота сгорания топлива L/m;

– удельная теплота парообразования /m;

– удельная энергия связи в ядре E_N = E/N.

Так как разумность действия подразумевает ориентацию на существенные свойства и отношения, то развёртывание наполняет эти соотношения разнообразным смыслом. Например, целесообразно предложить учащимся составить таблицу из отношений физических величин и развернуть их, т.е. охарактеризовать на примерах из собственного опыта.

Примеры выполнения задания

Отношения разнородных величин

• m/ V: масса отварного картофеля/объём воды; масса полученного творога/объём молока; масса резинового шарика/объём вдуваемого воздуха.

• V/ m: объём тарелки/масса супа; объём древесины/масса полученной бумаги; объём шкафа/масса одежды.

• m/t: масса яблок/время роста; масса банана/время съедания; масса куска сахара/время растворения. (Это уже не скорости. – Ред.)

• t/V: время расчёсывания волос/объём волос; время таяния льда/объём льда; время/объём песка в песочных часах.

• E/t: затраченная энергия/время тренировки; энергия аккумулятора/время работы плеера; энергия зарядки мобильного телефона/время работы.

• S/V: площадь пожара/объём воды; площадь поверхности головы/объём волос; площадь поля/объём жидких удобрений.

• S/m: площадь разрушений/масса взрывчатки; площадь Красной площади/масса собравшихся людей; площадь парка/масса памятников.

Отношения однородных величин:

• S₁/S₂: площадь сцены/площадь люка;

• t₁/t₂: время урока физики/всё время пребывания в школе;

• V₁/V₂: объём нефти/объём бензина;

• E₁/E₂: энергия, потребляемая в Москве/энергия, потребляемая в России;

• m₁/m₂: масса ягод/масса сахара;

• l₁/l₂: длина строки/длина всей статьи.

Придуманные образы и наполнение отношений смыслом являются превращёнными формами жизненных ситуаций учащихся. После такого обдумывания отношений величин легко ввести понятие удельной теплоёмкости в 8-м классе на уроке «Количество теплоты и удельная теплоёмкость».

Ход урока

Учитель. Когда мы рассматривали движение шарика по наклонной плоскости, то установили, что в отсутствие сопротивления движению полная механическая энергия сохраняется. Но при наличии трения этот закон не выполняется, т.к. изменяются состояния тел: когда механическая энергия убывает, обычно тела нагреваются. Приведите примеры.

Учащиеся. Удар молотка о свинцовую плиту; натирание ластиком крышки стола; сгибание и разгибание проволоки.

Учитель. Могут происходить и другие изменения. Например, при вылетании пробки из бутылки с газированной водой под давлением газа газ охлаждается. При размельчении тела наоборот нагреваются. Аналогичные явления происходят при плавлении или отвердевании вещества. Что меняется во всех этих примерах в веществе, из которого состоят тела?

Учащиеся. Взаимодействие молекул, изменение характера их движения, т.е. внутренняя энергия.

Учитель. Изменение внутренней энергии может происходить не только при совершении работы. Например, при остывании горячей воды в стакане никакой работы не совершается, а внутренняя энергия убывает. Происходит просто передача тепла. Для характеристики этого процесса введено понятие количества теплоты Q. Исследуем, от чего оно зависит. Если в ванну с холодной водой добавить стакан кипятка, то увеличение температуры будет незаметным. А когда стакан кипятка окажет существенное влияние?

Учащиеся. Когда массы тел соизмеримы.

Учитель. Значит, изменение внутренней энергии зависит от массы тела. Как можно охарактеризовать эту зависимость?

Учащиеся. Изменение внутренней энергии прямо пропорционально массе тела.

Учитель. Другими словами, на каждую долю массы тела приходится определённое изменение внутренней энергии. А теперь возьмём две совершенно равные массы воды. Но в одном сосуде вода горячая, а в другом холодная. Поставим на одинаковые плитки. Какая вода будет нагреваться дольше до кипения?

Учащиеся. Холодная.

Учитель. Что это означает?

Учащиеся. Холодной воде требуется больше сообщить тепла.

Учитель. Значит и изменение внутренней энергии холодной воды будет больше. Сделайте вывод.

Учащиеся. Изменение внутренней энергии прямо пропорционально изменению температуры тела. То есть на каждый градус температуры приходится определённое изменение внутренней энергии.

Учитель. Замечу, что чем выше температура тела, тем дольше оно остывает. Возьмём тела одинаковой массы, нагретые до одинаковой температуры. Пронаблюдаем, под каким из цилиндров: латунным, железным или алюминиевым расплавится больше воска. (Демонстрация.) Сделайте вывод.

Учащиеся. Под цилиндрами расплавилось разное количество воска. Значит цилиндры отдали разное количество теплоты. Отсюда следует, что изменение внутренней энергии зависит от рода вещества.

Учитель. Для характеристики тепловых свойств веществ используют удельную теплоёмкость. Её выражают в Дж/(кг Ч град). Учёные определили удельную теплоёмкость многих веществ. Это свойство зависит от температуры, но очень незначительно, так что эту зависимость мы не будем учитывать. Что показывает удельная теплоёмкость?

Учащиеся. Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 °С. Или количество теплоты, выделившегося при остывании 1 кг вещества на 1 °С.

Учитель. Обобщим: от чего зависит изменение внутренней энергии?

Учащиеся. От массы, разности температур, рода вещества.

Учитель. Для вычисления количества теплоты, передаваемого или отдаваемого телом, существует формула: Q = cm (t₂ – t₁). Теперь обратимся к таблице удельных теплоёмкостей:

– У какого вещества самая большая удельная теплоёмкость? самая маленькая? что это означает?

– Можно ли на пламени свечи вскипятить ведро воды? Почему?

– Можно ли передать некоторое количество теплоты, не вызывая этим повышение его температуры?

– Как быстрее остудить горячий чай: бросить в него сахар сразу или подождав 5 мин? Растворение сахара идёт с поглощением тепла.

– Одинаковое ли количество теплоты необходимо для нагревания газа до одной и той же температуры в сосудах, закрытых поршнем, если в одном сосуде поршень перемещается, а в другом неподвижен?

– Какое тело нагреется до более высокой температуры: кусок свинца или стали той же массы, если по ним ударить молотком одинаковое число раз с одинаковой силой?

Как показывает практика, единожды тщательно отработанное понятие удельной величины не вызывает в дальнейшем изучении физики никаких трудностей при введении понятий: удельная теплота плавления, парообразования, сгорания и другие.

Людмила Николаевна Рагулина окончила Ленинградский ГПИ им. А.И.Герцена в 1976 г. по специальности «Физика», учитель физики высшей квалификационной категории, педагогический стаж 29 лет. Работала в основном в СВАО г. Москвы в школах № 247, 1122, 266. Отличник народного просвещения, ветеран труда, кустовой методист округа «Лианозово», лауреат конкурса «Лучшие учителя России» 2006 г., неоднократно награждалась грамотами городского комитета, МДО и др. Только за последние 4 года её ученики 12 раз побеждали в олимпиадах и конкурсах проектов. Под руководством профессора МГУ им. М.В.Ломоносова, д.п.н. Ю.А.Самоненко проводит в школе диссертационное исследование на тему «Создание комфортной обучающей среды с усилением методологического компонента в естественнонаучном образовании школьников». Главная идея работы – внедрение деятельностного подхода в образовании с использованием здоровьесберегающих технологий, с учётом психологических и поведенческих нарушений детской психики и хронического или эпизодического стресса.Сейчас на завершающем этапе находится методическая разработка элективного курса по физике I ступени «Гимнастика ума». В этом курсе на простых примерах дети научаются рассуждать и самостоятельно исследовать явления. Среди выпускников есть учёные, преподаватели не только средних школ, но и таких вузов, как МФТИ, РУДН и даже Кембриджского университета. Муж Александр – художник-реставратор, обе дочери защитили степени магистров, внучке Машеньке уже годик. Людмила Николаевна любит шить и вязать – но где взять на это время?