Физика 8 класс Урок № Тема урока: «Примеры теплопередачи в природе и технике. Использование энергии Солнца на Земле» Цель уроков: показать значение теплопередачи в природе, технике, в жизни нашей планеты; проверить знания учащихся по данной теме. Задачи: Образовательные: 1. Раскрыть суть ветра. Шкала Бофорта. 2. Что такое тяга и ее значение в технике. 3. Как осуществляется отопление и охлаждение жилых помещений. 4. Что такое термос. Принцип его действия. 5. Как используется энергия Солнца на Земле. 6. Значение теплопередачи в растительном мире. 7. Значение теплопередачи в животном мире. Развивающие: - Обучение приемам исследовательской деятельности, методам, принципам, формам и способам научного исследования, научного познания. - Создание условий для самореализации учащегося через выполнение исследования. - Формирование мотивации исследовательской деятельности. - Формирование творческой активности. - Развитие самостоятельности. Тип занятия: семинар Особенность занятия: литературное исследование, изготовление приборов. Формы обучения: беседа, рассказ, фронтальные лабораторные опыты, обсуждение демонстраций. Методы обучения: иллюстрационный (работа над наблюдениями, плакатами, рисунками), репродуктивный (проговаривают изучаемый материал), проблемный (ответы на проблемные вопросы учителя, выдвижение гипотезы), поисковый (работа с литературными источниками, материалами интернета), исследовательский метод (выяснение теоретических закономерностей при их проверке на практике). Оборудование: плакаты «Шкала Бофорта», «Отопление и охлаждение жилых помещений», «Тяга», рисунки «ночной бриз, дневной бриз», «Воздушные потоки на нашей планете», глобус, модель термоса, наборы трубок (две стеклянные разного диаметра и одинаковой длины, одна стеклянная меньшей длины, две металлические одного диаметра разной длины, одна металлическая большего диаметра меньшей длины), спиртовка, спирт, спички, стеклянная банка. Предварительная подготовка: раздать доклады «Термос», «Теплопередача и растительный мир», «Теплопередача и животный мир», «Использование энергии Солнца на Земле», «Катастрофы, связанные с ветрами», «Энергия ветра», «Гейзеры», нарисовать всем учащимся рисунок парусника к стихотворению М.Ю.Лермонтова «Белеет парус одинокий». Ход урока. 1. Оргмомент. 2. Вступительное слово учителя. Значение тепловых явлений в жизни человека исключительно велико. Достаточно сказать, что изменение температуры организма всего на 0,5 0С означает заболевание. Температура внешней среды в любом районе Земли колеблется в значительных пределах и в течение суток, и в течение года. Защитные механизмы организма не в состоянии конспектировать изменение температуры при теплообмене со средой, и нужно принимать какие-то дополнительные меры: изобретать соответствующую одежду, строить жилища с учетом условий местности, где живут люди, ограничивать пребывание человека в среде, температура которой намного выше или ниже температуры организма. Одежда и жилище народов крайнего севера или жарких стран – просто кладезь мудрости и здравого смысла без известных изобретателей. Если взять нашу планету, то ее существование возможно лишь при определенном перепаде температур (в пределах 100 0 С) не скачками и равномерно. Получается, что теплопередача играют важную, огромную роль в жизни всего живого на Земле, а также всей планеты в целом. Этому мы сегодня и посвятим наш семинар. 3. Ветры. Причины возникновения ночных и дневных бризов, шкала Бофорта. а) Много веков тому назад окружающий мир был населен, согласно преданиям, множеством богов, добрых и злых. Например, Стрибог управлял ветрами. Ему поклонялись, приносили жертвы, с ним надо было уметь ладить, а то избу выстудит или дыма в дом напустит. Давайте выясним, как же возникает ветер? Ветром называется движение атмосферного воздуха. Вам было дано задание на дом: нарисовать рисунок к строчкам из стихотворения М.Ю.Лермонтова: Белеет парус одинокий В тумане моря голубом… На доске развешаны ваши рисунки. Как выдумаете, все ли вы учли, когда его рисовали? (беседа). Значит, исходя из ваших слов, мы должны учесть потоки воздуха или по-другому говоря ветер. Можете ли вы ответить мне на вопрос: «А куда уносит ветер ваш парусник?». (нет). Давайте в этом разберемся. Стоит жаркий день. Днем суша нагревается Солнцем до более высокой температуры, чем вода. От Земли нагревается воздух, который при этом расширяется. Он становится менее плотным и поднимается. Образуется разрежение воздуха и, соответственно, над сушей создается область пониженного давления. Над морем воздух холоднее и потому плотнее. Там образуется область повышенного давления. Из-за разности давлений воздух, находящийся над морем, начинает перемещаться в сторону суши. Ветер, дующий в дневное время с моря на сушу, называется дневным бризом. (все эти выводы делаются в беседе с учащимися). А теперь наступила ночь. Вода в отличие от суши, медленно нагревается и медленно остывает. В ночное время воздух, соприкасающийся с поверхностью моря, имеет более высокую температуру, чем воздух, находящийся над сушей. В этом случае возникает ветер, который дует с суши на море. Этот ветер называется ночным бризом. (На каждый из этих случаев демонстрируется рисунок с потоками воздушных масс). б) Сами понимаете, что скорость такового ветра очень мала. А бывают ли более сильные ветра? (да, ребята называют, какие ветра они знают). Подобную условную шкалу ветров разработал в 1806 году английский адмирал Ф.Бофорт. (работа с таблицей). Что же является главной причиной возникновения ветров, изменения их направления и, соответственно, перемены погоды? Неравномерное нагревание различных участков земной поверхности, приводящее к возникновению разности давлений атмосферного воздуха на этих участках. Средняя годовая температура на экваторе Земли на 500 С выше, чем на ее полюсах. В экваториальной зоне Земли нагретый воздух поднимается вверх. На его место с севера и юга притекает холодный воздух. Его движение есть пассат. Потоки холодного воздуха вследствие вращения Земли движутся не вдоль меридиана, а отклоняются. В связи с этим в северном полушарии пассаты имеют северо-восточное направление, а в южном – юго – восточное. Ветры вызывают также образование океанических течений. Постоянно дующий в одном направлении ветер приводит в движение верхние слои воды. Они перемещаются в сторону ветра. Теплые и холодные океанические течения могут служить примерами вынужденной конвекции. Влияет ли на направление ветров вращение Земли вокруг своей оси? (работа с глобусом и рисунками). Вращение Земли вокруг своей оси приводит к тому, что воздушные массы движутся не только от полюсов к экватору (из-за разности атмосферных давлений), но и одновременно смещаются на восток, т.е. в направлении противоположном, направлению вращения Земли вокруг своей оси. в) Доклад «Энергия ветра». г) Небольшое сообщение на тему «Катастрофы, связанные с ветрами». Почему рыбаки, работающие на парусных лодках, предпочитают уходить в море ночью, а возвращаться с лова днем? 4. Возникновение тяги. а) Зная причину движения воздушных масс, можно ли управлять их движением. Многие из вас раньше топили печь дома, а сейчас топят бани. Что необходимо для горения дров, угля, других видов топлива? (кислород). Кислород, находящийся в воздухе. Давайте мы в этом убедимся на опыте. Опыт 1. Горящую свечу накрываю стеклянной банкой. Свеча гаснет. Она погасла из-за того, что кислород, содержащийся в воздухе, был израсходован на процесс горения. Почему же в случае, когда пламя свечи открыто, горение может продолжаться до полного сгорания свечи? Ведь кислород, окружающий свечу, в этом случае также расходуется, а продукты горения – углекислый газ и водяной пар – вещества, не поддерживающие горение, т.е. пламя окружено негорючими веществами, что мешает притоку воздуха, богатого кислородом. Почему же свеча не гаснет? Воздух, участвующий в горении нагревается, становится легче и поднимается вверх. На смену ему поступает холодный (более тяжелый) воздух, богатый кислородом. Причиной перемещения воздушных масс является также разность его давлений в разных частях классного помещения. б) Конечно, что тепла, выделяющегося при горении свечи, недостаточно, чтобы согреть дом. Необходимо топить печь. Но количество дыма, образующегося в этом случае, неизмеримо больше, чем от свечи. Как же избавляются от него? Опыт 2. У меня на столе находится спиртовка и наборы трубок: а) стеклянные трубки одинакового диаметра, но разной длины; б) стеклянные трубки одинаковой длины, но разного диаметра; стеклянная и металлическая трубки одинаковой длины и одинакового диаметра; металлические трубки одинаковой длины, но разного диаметра, металлические трубки одинакового диаметра, но разной длины. Цель опытов: получить ответы на вопросы: 1) В какой трубке тяга лучше: длинной или короткой? 2) Узкой или широкой? 3) Стеклянной или металлической? Выводы. Трубка необходима для создания тяги: она соединяет области атмосферы, имеющие разные давления. Тяга (естественный приток воздуха) лучше в длинной трубке, т.к. в этом случае соединяются области атмосферы, имеющие большую разность давлений. Более широкая трубка при той же длине (разности давлений на концах трубок одинаковы) обеспечивает прохождение сквозь нее большего количества воздуха и, соответственно, большего количества кислорода, необходимого для поддержания горения. Стеклянная трубка создает тягу лучше, чем металлическая тех же размеров, т.к. теплопроводность стекла меньше, чем у металла. Горячий воздух, движущийся по стеклянной трубке, охлаждается меньше и остается достаточно разреженным и создающим меньшее давление, чем давление атмосферного воздуха на уровне пламени. При достаточной длине металлической трубки горячий воздух в ней может охладиться настолько, что, спустившись, создает давление большее, чем на уровне пламени (возникает воздушная пробка), и воспрепятствует дальнейшему прохождению горячего воздуха. Дым в этом случае сквозь металлическую трубку вообще не пойдет, т.к. тяги не будет. Почему трубы делают из кирпича (асбеста)? 5. Отопление и охлаждение жилых помещений. Как управлять движением воздуха, создавая вентиляцию в больших концертных залах, классных помещениях, больших жилых домах? Воздушные массы могут перемещаться только из областей большего давления в области меньшего давления. Поэтому необходимо с помощью технических средств создавать разность давлений воздуха, чтобы обеспечить ее циркуляцию. Этот принцип применяют при создании вентиляционных устройств, водяного центрального отопления, а также устройств, служащих для охлаждения помещений. Доклад «Отопление и охлаждение жилых помещений» Доклад «Гейзеры» Почему радиаторы устанавливают внизу, а кондиционеры, форточки вверху? 6. Термос. Но может возникнуть задача, как воспрепятствовать перемещениям жидкостей или газов, которые сопровождаются переносом огромной энергии или, что еще более актуально, как предотвратить самопроизвольную передачу внутренней энергии от одного тела к другому. Чтобы воспрепятствовать возникновению теплопередачи (конвекции, теплопроводности, излучению) нужно изолировать друг от друга части жидкостей, газов, твердых тел, имеющих различную температуру. Как это осуществить на практике? Свести к минимуму теплопроводность между двумя телами или частями одного и того же тела можно, исключив как непосредственный контакт между ними, так и контакт через посредника, которым может быть вещество. Следовательно, между телами или частями тел должен быть теплоизолятор, например, вакуум. Для того чтобы не возникало перемещения вещества в виде струй жидкости или газа при конвекции, необходимо поставить перегородки между их частями, имеющими разную температуру. Чтобы предотвратить потери энергии посредством излучения, следует на его пути поставить отражатели (зеркальные поверхности). В каких устройствах этот подход нашел применение? Доклад «Термос». Горячий чай в термосе хоть и медленно, но остывает. Как же эта энергия умудряется «убежать»? 7. Теплопередача и растительный мир. Мы с вами рассмотрели, как использует человек теплопередачу в своей жизни. Теперь посмотрим, что же значит теплопередача для растительного мира. Доклад «Теплопередача и растительный мир. Теплицы». 8. Теплопередача и животный мир. Каково же значение теплопередачи для животного мира? Доклад «Теплопередача и животный мир». 9. Что является главным источником энергии на нашей планете? (Солнце) Доклад «Использование энергии Солнца на Земле». 10. Проверочная работа по теме «Виды теплопередачи» ПРОВЕРОЧНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ «ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ» ВАРИАНТ 1 1. Какой из видов теплопередачи сопровождается переносом вещества? Выберите правильное утверждение. a) Излучение. b) Конвекция. c) Теплопроводность 2. Вертикальная закрытая трубка заполнена водой. Один из концов трубки подогревают пламенем свечи. Выберите правильное утверждение. a) При подогреве сверху вода в центре трубки нагреется быстрее, чем при подогреве снизу. b) Если трубку подогревают сверху, то теплопередача вдоль трубки происходит вследствие теплопроводности. c) Если трубку подогревают сверху, то теплопередача вдоль трубки происходит вследствие конвекции. 3. Обыкновенный или пористый кирпич обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему? 4. Две кружки обладают одинаковой вместимостью. Одна кружка изготовлена из алюминия, другая из фарфора. Какая из кружек быстрее нагреется, если налить в нее жидкость? Ответ поясните. 5. Когда тяга в трубах лучше – зимой или летом? Почему? 6.* В чашку налили горячий кофе. Что надо сделать, чтобы кофе остыл быстрее: налить в него молоко сразу или спустя некоторое время? ПРОВЕРОЧНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ «ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ» ВАРИАНТ 2 1. Стержень с одной стороны нагревают пламенем свечи. Выберите правильное утверждение. a) Теплопередача вдоль стержня происходит вследствие конвекции. b) Теплопередача вдоль стержня происходит вследствие излучения. c) Металлический стержень нагреется быстрее, чем деревянный с такими же размерами. 2. В горячий чай опустили холодную ложку. Выберите правильное утверждение. a) Непогруженная часть ложки нагрелась вследствие конвекции. b) Непогруженная часть ложки нагрелась вследствие излучения. c) Непогруженная часть ложки нагрелась вследствие теплопроводности. 3. Что остынет быстрее: стакан компота или стакан киселя? Почему? 4. Почему форточки располагают в верхней части окна? 5. Зачем канализационные трубы закапывают в землю на значительную глубину? 6.* Где необходимо держать термометр для определения температуры воздуха – в тени или на солнце? ПРОВЕРОЧНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ «ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ» ВАРИАНТ 3 1. Каким способом осуществляется передача энергии от Солнца к Земле? Выберите правильное утверждение. a) Излучением. b) Конвекцией. c) Теплопроводностью. 2. После включения настольного светильника с лампой накаливания, лежащая на столе закрытая книга нагрелась. Выберите правильное утверждение. a) Книга нагрелась вследствие конвекции в воздухе. b) Книга нагрелась вследствие излучения. c) Книга нагревается тем сильнее, чем светлее обложка. 3. Почему при варке варенья предпочитают пользоваться деревянной мешалкой? 4. Какие фабричные трубы лучше: железные или кирпичные? 5. В алюминиевую и стеклянную кастрюли одинаковой вместимости наливают горячую воду. Какая из кастрюль быстрее нагреется до температуры налитой в нее воды? 6.* Почему самая высокая температура воздуха не в полдень, а после полудня? 11. Домашнее задание. § 1, 2 стр. 178 учебника Перышкина А.В. читать Источником большей части энергии, которой пользуется человек, является Солнце. За счет солнечной энергии поддерживается средняя годовая температура на Земле около 150С. Поток тепла и света, идущий от Солнца ,обусловливает саму возможность жизни на нашей планете. Мощность солнечного излучения , падающего на всю земную поверхность ,так велика ,что для ее замены понадобилось бы около 30 миллионов мощных электростанций. Стоит только представить себе, что произошло бы на Земле, если бы Солнце каждый день не освещало Землю! Мы знаем такие места на Земле, которые слабо нагреваются Солнцем. Это Арктика и Антарктика. Там лютый холод, вечный лед и снег. Великий непрерывный круговорот воды на Земле совершается за счет энергии Солнца: вода морей, озер и рек испаряется, поднявшись вверх, пар сгущается в облака, переносится ветром в разные места Земли и выпадает в виде осадков. Эти осадки питают реки, которые снова текут в моря и океаны. Вследствие неравномерного нагрева поверхности Земли Солнцем возникают ветры. Под действием ветров и приносимой ими влаги постепенно разрушаются огромные горные массивы. Энергия рек используется человеком для получения электроэнергии, передвижения судов, энергия ветра - в ветряных двигателях. Все, что происходит на Солнце, самым непосредственным образом сказывается на Земле. Вся жизнь на Земле – жизнь растений и животных – зависит от Солнца. В растениях происходит превращение солнечной энергии в химическую энергию. Чтобы понять это, обратимся к опыту. Перевернутая воронка помещена в стакан с водой. В воронке находится лист растения, ,окруженный воздухом. Если растение освещать солнцем, то можно обнаружить, что из воронки будет выходить кислород. Как объяснить наблюдаемое явление? В зеленый лист растения проникают молекулы оксида углерода, которые всегда находятся в воздухе. В результате химической реакции, в которой участвуют оксид углерода и вода, содержащаяся в листе, образуются молекулы кислорода и органическое вещество. Кислород выделяется в окружающий воздух, а органическое вещество, содержащее углерод, остается в листве растения. Но мы знаем, что разложения молекул на атомы нужно затратить энергию. Откуда берется эта энергия ? Если описанный выше опыт производить, не освещая лист растения солнцем, то химической реакции не произойдет. Значит, разложение оксида углерода в зеленом листе растения происходит благодаря солнечной энергии. Каменный уголь, являющийся пока еще одним из основных наших источников энергии, представляет собой окаменевшие в земле остатки лесов, когда – то буйно росших на больших пространствах Земли. Значит и в нем запасена энергия Солнца. В болотах из отмирающих растений образуются пласты торфа, используемого как топливо. Энергия животных, питающихся растениями, и энергия человека – все это преобразованная солнечная энергия. Человечество научилось использовать дополнительный источник энергии на Земле – атомную энергию, непосредственно не связанную с Солнцем.
