Этапы урока по теме «Фазовые переходы»
I этап. На данном этапе учитель знакомит учащихся с понятием «фаза» как областью пространства, физические свойства которого одинаковы во всем объеме. Здесь и далее для эффективного включения механизмов воображения уместно «поэксплуатировать» воду.
II этап. Учитель предлагает учащимся начертить три прямоугольника с названиями фаз вещества, как это сделано на рисунке 1, предупредив их о необходимости оставить над прямоугольниками место в 4—5 строк (сам учитель делает данную заготовку перед началом урока)
Рис. 1
Далее учитель задает учащимся вопрос: «Из какой фазы в какую может переходить вещество, на пример вода?»
Практика показывает, что учащиеся легко называют следующие переходы: из твердой фазы — в жидкую; из жидкой фазы — в газообразную; из газообразной фазы — в жидкую; из жидкой фазы — в твердую.
Не исключено, что кто-либо из учащихся добавит и еще два перехода: из твердой фазы — в газообразную; из газообразной фазы — в жидкую.
В таком случае следует обратиться к классу с вопросом: «Все ли согласны с возможностью осуществления двух последних переходов?»
Чаще всего в результате возникающей дискуссии учащиеся сами приходят к мнению о том, что, прежде чем превратиться в газ, твердое вещество, пусть на самое короткое время, должно перейти в жидкую фазу и т. д.
Если учащиеся все же не придут к такому мнению, учитель должен их подтолкнуть к нему посредством наводящих вопросов.
Далее учитель предлагает все «узаконенные» переходы обозначить на схеме стрелками (рис. 2).
Рис. 2
Теперь учащимся предлагается дать названия обозначенным фазовым переходам, начав с перехода вещества из твердой фазы в жидкую.
|
Зачастую учащиеся называют данный переход таянием (поскольку в качестве примера мы договорились использовать воду). Здесь следует напомнить учащимся, что на примере процессов, происходящих с водой, мы исследуем явления, которые могут происходить с самыми разными веществами. После такого напоминания учащиеся быстро дают данному переходу правильное название — «плавление ».
Не вызывает затруднений и название перехода вещества из жидкой фазы в газообразную — «испарение ».
С оставшимися переходами может произойти заминка. Тем не менее следует дать возможность учащимся высказать свои версии, ни в коем случае не подвергая их резкой критике. В случаях, когда учащиеся предлагают названия, имеющие право на существование, но отличающиеся от общепринятых (например, можно услышать вместо «кристаллизация» — «отвердение»), следует заметить им, что мы все же не первооткрыватели и будем называть соответствующие переходы так, как это было принято до нас — «конденсация » и «кристаллизация ».
Далее учащимся предлагается над стрелками, обозначающими фазовые переходы, написать соответствующие названия, после чего наша схема принимает вид, показанный на рисунке 3.
Рис. 3
III этап. Учитель предлагает учащимся с помощью имеющейся схемы сформулировать определения четырех фазовых переходов. Опыт показывает, что они легко справляются с данной задачей:
IV этап. Учитель предлагает учащимся ответить на вопросы:
1) Отличаются ли чем-либо молекулы льда, воды и водяного пара, взятые в количестве 1 шт.?
2) Чем отличаются по молекулярному строению лёд, вода и водяной пар?
|
3) Чем определяется внутренняя энергия тела?
4) Чем определяется температура тела?
5) Может ли вещество в разных фазах иметь одну и ту же температуру?
Обычно на первые четыре вопроса учащиеся легко дают ответы:
1) Не отличаются.
2) Взаимным расположением молекул.
3) Внутренняя энергия тела определяется движением и взаимодействием частиц, из которых состоит тело.
4) Температура определяется средней кинетической энергией молекул тела.
Если учащиеся затрудняются ответить на пятый вопрос, следует предложить им проделать следующий мысленный эксперимент.
В помещение, в котором поддерживается постоянная температура 0°С, вносят лед, температура которого меньше нуля, и воду, температура которой выше нуля.
Вопрос. Какой физический процесс происходит в ходе эксперимента? (Теплопередача.)
Вопрос. Каков механизм теплопередачи? (Теплопроводность.)
Вопрос. До какого момента будет происходить теплопередача?
Ответ. Теплопередача будет происходить до тех пор, пока температуры льда, воды и воздуха в помещении не сравняются. Поскольку в условии эксперимента оговорено, что температура воздуха постоянна и равна 0°С, теплопередача прекратится, как только лёд и вода достигнут температуры 0°С.
Вывод. Вещество в разных фазах может иметь одну и ту же температуру.
Вопрос. Что больше — внутренняя энергия одного килограмма льда, взятого при температуре 0°С, или внутренняя энергия одного килограмма воды, взятой при той же температуре?
Ответ. Внутренняя энергия воды больше.
Вывод. Для перехода вещества из твердой фазы в жидкую веществу следует передать некоторое количество теплоты.
|
Аналогично приходим к выводам о том, что при испарении тело также поглощает, а при конденсации и кристаллизации — выделяет некоторое количество теплоты.
Теперь учащимся предлагается усовершенствовать схему так, как это сделано на рис. 4.
Рис. 4
Логика вводимых дополнений понятна учащимся: фазовые переходы, при которых количество теплоты поглощается телом, дополняются символом «+Q», переходы же, при которых количество теплоты выделяется, дополняются символом «–Q».
V этап.
Вопрос. От чего, кроме удельной теплоты плавления, зависит количество теплоты, необходимой для перехода тела из твердой фазы в жидкую?
Ответ. От массы тела.
Вывод. Количество теплоты, необходимой для перехода тела из твердой фазы в жидкую, рассчитывается по формуле Q = λ·m. По аналогии вводятся понятие удельной теплоты парообразования L и формула Q = L·m.