Бесплатная публикация статей в журналах ВАК и РИНЦ

Уважаемые авторы, образовательный интернет-портал «INFOBRAZ.RU» в рамках Всероссийской Образовательной Программы проводит прием статей для публикации в журналах из перечня ВАК РФ по направлениям: экономика, философия, политология, педагогика, филология, биология, сельское хозяйство, агроинженерия, транспорт, строительство и архитектура и др.

Возможна бесплатная публикация статей в специализированных журналах по многим отраслям и специальностям. В мультидисциплинарных журналах возможна публикация по всем другим направлениям. 

Журналы реферируются ВИНИТИ РАН. Статьям присваивается индекс DOI. Журналы включены в международную базу Ulrich's Periodicals Directory и РИНЦ.

Подпишитесь на уведомления о доступности опубликования статьи. Первую рекомендацию вы получите в течении 10 минут - ПОДПИСАТЬСЯ

"ФИЗИКА ЗА ЧАШКОЙ ЧАЯ"

"ФИЗИКА ЗА ЧАШКОЙ ЧАЯ" "ФИЗИКАЗАЧАШКОЙЧАЯ"

(ТЕМА "ТЕПЛОВЫЕЯВЛЕНИЯ")

Этот урок я провожу в VIII классе, и он преследует такую цель: не только воспроизвести сумму полученных ранее знаний, которая предусмотрена программой по физике, но и научить видеть физи­ку в окружающих нас явлениях, прежде всего в тех, с которыми мы сталкиваемся ежедневно и на которые порой в нашей суетной жизни не обращаем внимания. Иными словами, этот нестандарт­ный урок направлен на развитие ученика: его умения разгляды­вать в наборе, казалось бы, случайных фактов физические явле­ния и действие законов физики.

Оборудование: электрический чай­ник или самовар, чашки с блюдцами и чайные ложки для всех, чайник для заварки, кувшин (пустой). Ис­пользуются также печенье и конфе­ты, сахарный песок.

Урок провожу в кабинете, где сто­лы можно переставить. Устанавли­ваю 2 спаренных стола; за каж­дый садится 3-4 человек, это – команда. На столах расставлена посу­да для чая, а в центре – блюдо с пе­ченьем и конфетами. На двери – кра­сочный плакат-приглашение (рис. 1).

На перемене до звонка на урок назначаю дежурного. Он обязан вскипятить воду, заварить чай; во время урока быстро "обслужить" соклассников, наполнив чашки чаем.

Ход урока

В начале урока – мое небольшое вступление: "Ребята! Я знаю, вы с удовольствием каждый день пьете чай, но уверена, что не мно­гие задумывались над сопровождающими этот процесс физически­ми явлениями. Попробуем сделать это вместе. Чаепитие– русская национальная традиция, которая, к сожалению, все больше и больше забывается ,но если мы хотим вернуть духовную культуру наших предков, необходимо в наш быт заново вводить и их национальные традиции.

Далее зачитываю правила:

группа учеников, сидящих за одним столом, называется командой;

на уроке нужно совмещать два дела: пить чай и отвечать на во­просы, задаваемые учителем;

каждый ученик должен стремиться набрать как можно больше баллов, которые даются за правильные ответы на вопросы и допол­нения. За каждый верный ответ – 1 балл; за правильное дополне­ние – тоже 1 балл; за оригинальный ответ – 2 балла;

ученик, набравший к концу урока 6-7 баллов, получает оценку "5"; набравший 3-4 балла – "4", 2 балла – "3";

первоочередное право ответа на вопрос имеют те ученики, к ко­торым обратился учитель или ведущий;

за подсказку, разговор и прочие нарушения хода урока вычитает­ся 1 балл.

Далее проводятся следующие конкурсы

1. Чаепитие по всем законам физики.

Перед вами электрический чайник. Как вы думаете, почему, ставя его кипятить, чайник закрывают крышкой?

{Ответ. Если чайник открыт, то часть молекул воды, имеющих большую кинетическую энергию, будет беспрепятственно улетать в пространство над чайником, унося с собой свою энергию; поэтому к чайнику нужно дольше подводить энергию извне, и он долго не за­кипает. Закрытый чайник закипит быстрее. )

• Проведу опыт: крышку горячего чайника охлажу, облив ее холодной водой из кувшина. Затем на три спички аккуратно поло­жу крышку так, чтобы она не прикасалась к чайнику. Через неко­торое время предлагаю вам потрогать крышку. Что вы ощутите? Почему? Чем можно заменить спички, чтобы получить такой же эффект?

{Ответ. Крышка будет теплая. Мы частично устранили один из способов теплопередачи: ведь у деревянных спичек малая тепло­проводность, поэтому тепло от чайника почти не будет передавать­ся крышке способом теплопроводности. Спички можно заменить лю­быми предметами из веществ, имеющих малую теплопроводность: кусочками веток, ватой, картоном, пробкой. )

• Какими будут мои ощущения, если я возьму крышку с горяче­го металлического чайника за пластмассовую ручку? Как вы их объ­ясните?

{Ответ. Пластмасса имеет малую теплопроводность, поэтому ру­ке не будет горячо. )

• Вода в чайнике уже закипела, из носика вырвалась наружу струя пара. . . Но ведь пар считается невидимым! Что же мы видим в действительности?

{Ответ. Пар невидим. Вырвавшись из носика чайника, он в про­хладном воздухе конденсируется, образуя мельчайшие капельки воды; вот их-то мы и видим. )

• Разливая чай, я случайно капнул из носика чайника на руку ки­пяток. Ощущение было почти такое, как если бы мне укололи руку иголкой. Почему?

{Ответ. Молекулы кипящей воды имеют большую скорость дви­жения, поэтому мгновенно пробивают верхнюю часть кожи и прони­кают в ткани мышц, вызывая ощущение боли. )

• Какую температуру имеет кипящая вода в чайнике? {Ответ. ~ 100°С. )

• Всегда ли кипит вода при 100 °С?

{Ответ. Все зависит от давления над поверхностью воды: чем меньше давление, тем температура кипения меньше. В горах вода кипит при 90°С, а в котельных – при 200°С. )

• Каким простым способом можно повысить температуру кипе­ния воды в чайнике?

{Ответ. Увеличить давление над поверхностью воды. Для этого надо плотно закрыть чайник крышкой, сверху положить груз, в но­сик вставить пробку. )

• В каких кухонных приборах применяется этот способ – увели­чение давления над кипящей жидкостью? Для каких целей?

(Ответ. В скороварках. Увеличение давления вызывает повы­шение температуры кипения. Жидкость прогревается до темпе­ратуры выше 100°С. При этом пища проваривается быстрее и лучше. )

• А что такое кипение?

(Ответ. Кипение – это процесс интенсивного испарения жидко­сти при определенной температуре, сопровождающийся быстрым образованием и ростом пузырьков пара, прорывающихся через по­верхность жидкости наружу и лопающихся там. )

• Обратите внимание на заварочный чайник. В его крышке сдела­на небольшая дырочка. Зачем?

(Ответ. В чайник наливают горячую воду; она испаряется. Если в крышке чайника нет дырочки, то между крышкой и слоем воды скапливается пар и образуется повышенное давление, под влияни­ем которого вода будет выливаться из носика. )

2. Эксперимент за чайным столом

• Я прошу налить мне горячий чай в стакан, но предупреждаю, что он толстостенный. Какая опасность поджидает вас и меня? По­чему?

(Ответ. Стакан может лопнуть; внутренние стенки, соприкасаю­щиеся с горячей жидкостью, сразу же расширятся, в то время как внешние еще не успеют прогреться и сохраняют свои размеры; от этого стекло деформируется и происходит его разрушение. )

• Как надо поступить, наливая кипяток, чтобы толстостенный стакан не лопнул?

(Ответ. Необходимо в стакан опустить металлическую ложечку: она примет часть тепла, температура воды станет меньше, тепловое расширение внутренних стенок будет тоже меньше; деформация не окажется столь сильной. )

[Дежурный наливает из чайника каждому учащемуся кипящий чай. ]

• А для чего у чашек сделаны ручки?

(Ответ. Ручка позволяет брать горячую чашку, не обжигая при этом пальцы. Она менее горяча, чем чашка, так как соприкасается с ней всего двумя точками, т. е. слабо связана с источником тепла. )

• Некоторые мужчины пьют чай из стаканов, вставленных в метал­лические подстаканники. Влияет ли подстаканник на качество чая?

(Ответ. Металлический подстаканник охлаждает чай, так как сам быстро нагревается: ведь металл имеет малую удельную тепло­емкость и большую теплопроводность. )

Чтобы подстаканник быстрее охлаждал чай, из какого матери­ала нужно его изготовить?

(Ответ. Из такого, у которого теплопроводность возможно боль­ше, а удельная теплоемкость возможно меньше; например из сереб­ра, золота. )

• Вы, наверное, наблюдали, как старые люди в деревнях пьют чай: наливают его в блюдце и дуют, держа блюдце на кончиках пальцев. Объясните, почему они так делают.

(Ответ. У чая, налитого в блюдце, большая поверхность сопри­косновения с воздухом, поэтому интенсивно идут теплообмен и ис­парение – чай быстро остывает. Когда дуют на поверхность чая, процесс испарения ускоряется, а это тоже понижает температуру жидкости. Площадь соприкосновения кончиков пальцев и блюдечка очень мала, поэтому рука не так сильно чувствует большую темпе­ратуру блюдца. )

• А сейчас проделаем следующее. Положите в чашку ложку са­харного песка и налейте заварку; затем осторожно влейте кипяток. Не мешайте чай. Теперь попробуйте его. Почему чай не сладкий?

(Ответ. Чтобы весь чай стал сладким, нужно время, в течение которого молекулы жидкости и сахара сами собой перемешаются, т. е. произойдет диффузия. В данном случае это не успело совер­шиться, и мы процессу не помогали помешиванием ложечкой. По­этому в верхней части чашки чай совсем не сладкий. )

3. Ряд интересных и необычных наблюдений

• А теперь. . . Кто хочет стать экспертом с завязанными глазами? Выразившему желание надеваю на глаза повязку и предлагаю при помощи пальца определить, из какого материала изготовлены лож­ки, одинаковые по массе, которые я одновременно опускаю в чашку с кипятком, и обосновать свое заключение.

(Ответ. Источником информации служит быстрота нагрева­ния ложек: она разная. Та, что нагрелась сильнее, сделана из ма­териала с большой теплопроводностью, например алюминия – 207 Вт/ (м • К) при 100°С. Материал же второй ложки обладает меньшей теплопроводностью; это может быть, например, желе­зо— 67,5 Вт/ (м -К).

• Я делаю из ложки лодочку и даю ей возможность плавать на по­верхности чая, если положу ее ручку на край чашки. Капаю не­сколько капель чая в ложечку – она сразу же тонет. Почему?

(Ответ. Увеличивается сила тяжести ложечки, а объем ее оста­ется прежним; также прежним остается и выталкивающая сила. Ее теперь недостаточно, чтобы удержать более тяжелую ложку на по­верхности чая. )

• Я налью себе в чистый стакан немного кипятка. Пронаблюдай­те, что произойдет. Почему?

(Ответ. Стенки стакана запотели: кипящая вода испарялась, пар ее, соприкасаясь с холодными стенками стакана, конденсировался на них, образуя туман. )

• Одни любят чай горячий, а другие – теплый. Рассудите двух друзей – любителей первого напитка. Один говорит: я обожаю горя­чий чай, поэтому, налив жидкость, не спешу класть в него сахар; ес­ли его положить через 5 мин, то чай будет горячее, чем в том случае, если сахар положить сразу. Второй возражает: ты не прав; если са­хар опустить сразу, объем воды будет больше (она не успеет частич­но испариться), а чем больше воды, тем она медленнее остывает. Кто из них прав?

(Ответ. Прав первый, так как при растворении сахара темпера­тура жидкости понижается, а чем она ниже – меньше отличается от комнатной, тем медленнее идет теплообмен, и чай остывает тоже медленнее. )

• До какой температуры остынет горячий чай, если оставить чашку с ним в комнате до утра?

(Ответ. До температуры воздуха в помещении. )

• Что необходимо сделать, чтобы чай в чашке как можно дольше оставался горячим?

(Ответ. Уменьшить теплопроводность и теплообмен. Для этого можно поставить чашку на подставку, которая плохо проводит теп­ло, например деревянную. Желательно поместить ее в другую чашку, большую, сделав подобие калориметра. Можно завернуть ее в "шубу". Сверху чашку лучше накрыть, например, пластинкой из пе­нопласта. )

• А сейчас – вопрос о печенье. Печенье легко разломить, но не­возможно соединить куски. Почему?

(Ответ. Когда печенье ломаем, то нарушаем молекулярные свя­зи. При соединении не удается сблизить куски на такое расстояние, чтобы начали проявляться силы молекулярного притяжения. )

4 . Нефизический конкурс.

Было бы глупо и неинтересно смотреть на все,в том числе и на чай,самовар ,чаепитие глазами физика. Давайте займемся несколько иным– лирикой,покажем,что для физиков лирика посильна. Командам предлагаеся вспомнить пословицы и поговорки,связанные чаепитием и истолковать их физический смысл.

5. Кто больше пьет?

Сейчас можно подвести результат еще одного конкурса,который мы не объявляли,но за выполнением которого внимательно следила. Этот конкурс назывался «Кто больше пьет?»

Завершая занятие, говорю: "Наш урок-чаепитие подходит к кон­цу. Дома подсчитайте количество теплоты, необходимое для нагре­вания вашего чайника от комнатной температуры до кипения. Не за­будьте предварительно узнать вместимость чайника, его массу, а также из чего он изготовлен; как узнать – решите сами.

Определите стоимость электроэнергии, которую вы затратили на нагревание воды в этом чайнике.

Сегодня на уроке, совмещая приятное с полезным, мы применили свои знания к немного необычным, но в то же время самым обычным ситуациям. Будет очень хорошо, если каждый будет чаще задумы­ваться над окружающими явлениями и постарается объяснить их с точки зрения физики.

Атеперьподведемитоги, выставимоценки. . . ".

Искакова Д. Л. ,

учитель,

МОУ Станционноякушкинская ООШ

Метки: Методический кабинет