Ученики на Учителя.com


Конспект урока "Кипение. Удельная теплота парообразования" 8 класс

Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная
школа №1 города Ессентуки Ставропольского края
Учитель физики
Карапетова Л.И.
Дата: 22.11.19
Класс: 8
Тема урока: Кипение. Удельная теплота парообразования.
Вид урока: комбинированный с компьютерной поддержкой.
Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний.
Цель урока:
• на основе молекулярно-кинетической теории сформировать понятие
кипения, как парообразования, выявить и объяснить особенности
кипения;
• добиться усвоения учащимися понятия кипения как второго способа
парообразования:
• дать сравнительную характеристику двум способам парообразования.
Задачи урока:
• Образовательные:
продолжить изучение процесса парообразования;
сформировать понятие кипения, как парообразования;
рассмотреть процесс кипения и выявить основные особенности
кипения: образование пузырьков, шум, предшествующий кипению,
постоянство температуры при кипении в открытом сосуде и
зависимости температуры кипения от внешнего давления;
ввести понятие удельной теплоты парообразования и конденсации,
записать и рассмотреть формулу для расчета количества теплоты,
необходимого для испарения жидкости, взятой при температуре
кипения;
продолжить формировать умение учеников применять основные
положения МКТ в объяснении физических явлений
• Развивающие:
научить видеть вокруг физические явления и уметь их правильно
объяснять;
формировать интеллектуальные умения: анализировать, выделять главное
в изучаемом материале, делать выводы;
развивать логическое мышление учащихся;
• Воспитательные:
развивать внимательность, познавательный интерес к предмету;
расширить кругозор учащихся;
Демонстрации:
• наблюдение этапов кипения.
Оборудование: спиртовка, стеклянный стакан с водой, термометр для
измерения температуры жидкости, штатив, презентация, компьютер и
проектор.
Ход урока.
1. Организационный момент.
Создание эмоционального настроя.
Учитель. Здравствуйте, ребята. Рада всех Вас видеть, садитесь, пожалуйста.
Этот урок я хочу начать с замечательных слов Т. Адамовской.
« Существуют явления, на которые никогда не надоедает смотреть. Кипение
воды – наслаждение зрелищем воды и огня, таинством их взаимодействия.
Эта заманчивая картина завораживает. Закипая, чайник начинает
разговаривать».
Учитель. Вы наверно догадались, что наш сегодняшний урок будет
посвящен физическому процессу – кипению. Наверняка каждый из вас
наблюдал за процессом кипения воды. Но делали ли вы это достаточно
внимательно? Сумели ли заметить явления, происходящие в нагреваемой и
кипящей жидкости?
Давайте, вместе с вами, выполним экспериментальное задание, в ходе
которого вы сможете выделить различные стадии кипения и лучше понять
суть этого процесса. Мы посмотрим на этот процесс с точки зрения физики.
Узнаем о чем «разговаривает» чайник, закипая.
Итак, тема нашего урока: «Кипение. Удельная теплота парообразования и
конденсации».
Учащиеся записывают тему урока в тетради.
2. Повторение пройденного материала.
Фронтальная работа с классом.
Учитель. Но прежде чем приступить к выполнению эксперимента, давайте
вспомним, что называется парообразованием?
Ученик. Парообразование – это процесс перехода жидкого вещества в
газообразное.
Учитель: Какие два способа парообразования существуют?
Ученик: Испарение и кипение.
Учитель: Какое явление называется испарением?
Ученик: Испарение - это парообразование с открытой поверхности
жидкости, происходящее при любой температуре.
Учитель: Объясните механизм испарения с точки зрения молекулярно –
кинетической теории.
Ученик: Согласно МКТ все тела состоят из молекул, которые движутся
непрерывно и хаотично, движутся с различными скоростями. Между ними
существуют силы взаимодействия. Молекулы поверхностного слоя жидкости
испытывают меньшее притяжение со стороны соседних молекул, чем
молекулы нижних слоев, поскольку над поверхностью жидкости имеется газ,
молекулы которого взаимодействуют с молекулами поверхностного слоя
жидкости значительно слабее. Поэтому некоторые молекулы поверхностного
слоя жидкости с достаточной кинетической энергией («быстрые» молекулы)
могут преодолеть притяжение соседних молекул жидкости и покинуть ее, т е
перейти в пар. Такие молекулы есть при любой температуре жидкости. Все
вылетевшие молекулы образуют пар. Этот процесс повторяется, поэтому
жидкость испаряется постепенно.
Учитель: Почему некоторые молекулы пара возвращаются обратно в
жидкость?
Ученик: Некоторые молекулы пара, двигаясь хаотически и оказавшись
достаточно близко от поверхности жидкости, могут быть «втянуты» обратно
в жидкость силами притяжения большого числа молекул жидкости.
Учитель: Есть ли у веществ фиксированная температура, при которой
начинается процесс испарения?
Ученик: Такой температуры у веществ нет. Испарение происходит при
любой температуре. Лужи высыхают и весной, и летом, и глубокой осенью и
даже зимой. Это происходит, потому что молекулы движутся при любой
температуре.
Учитель: От чего зависит скорость испарения жидкости?
Ученик: Скорость испарения зависит от рода жидкости, площади открытой
поверхности, температуры и скорости движения воздуха над поверхностью
жидкости.
Учитель: Почему испарение происходит быстрее, при более высокой
температуре жидкости?
Ученик: Чем выше температура жидкости, тем больше доля «быстрых»
молекул в ней. Поэтому при повышении температуры скорость испарения
увеличивается.
Учитель: Например, когда влажную ткань гладят горячим утюгом, она
высыхает буквально на глазах.
Учитель: Как зависит скорость испарения от площади поверхности
жидкости? Приведите примеры.
Ученик: Чем больше площадь поверхности жидкости, тем быстрее
происходит испарение. Вода в открытом стакане сохраняется несколько
дней, а если вылить стакан воды на пол, то вода высохнет менее чем за час.
Пролив воду на пол, мы значительно увеличили площадь ее поверхности, а
при испарении жидкость покидают молекулы, находящиеся вблизи ее
поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем большее количество
«быстрых» молекул может вылететь из жидкости одновременно.
Ученик: Каждая хозяйка знает, что после стирки влажное белье
развешивают для просушки, а не оставляют лежать в тазу. Так как жидкость
испаряется с поверхности.
Учитель: Почему испарение жидкости при движении воздуха происходит
быстрее?
Ученик: при ветре испарение жидкости происходит быстрее. Это связано с
тем, что большинство вылетевших молекул пара уносится ветром и
рассеивается в воздухе, не возвращаясь в жидкость.
Учитель: Почему жидкость при испарении охлаждается?
Ученик: Причина этого в том, что когда из жидкости вылетают наиболее
«быстрые» молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в ней
молекул уменьшается. Следовательно, температура жидкости понижается.
После купания мы ощущаем прохладу, так как вода, испаряясь с поверхности
тела, отнимает от него некоторое количество теплоты.
3. Изучение новой темы. Фронтальная работа с классом.
Учитель: Вернемся к нашему эксперименту. На моем столе находится
установка (штатив, стакан с водой, спиртовка, термометр) для нагревания
воды в стеклянном стакане. Наливаем в стакан воду. С помощью термометра
измеряем начальную температуру воды и записываем ее значение в тетрадь.
Включаем спиртовку. На протяжении всего эксперимента (каждые две
минуты) будем измерять температуру воды.
Пока вода будет нагреваться, вспомним, что называется конденсацией пара?
Ученик. Конденсация – это явление превращение пара в жидкость.
Учитель. Чем сопровождается конденсация пара?
Ученик. Конденсация пара сопровождается выделением энергии.
Через некоторое время на дне и стенках стакана появляются маленькие
пузырьки.
Учитель. Что вы сейчас наблюдаете?
Ученик. На дне и стенках стакана появились многочисленные мелкие
пузырьки.
Учитель. Это пузырьки воздуха.
Учитель. А почему пузырьки воздуха появляются на дне и стенках сосуда?
Откуда они берутся?
Ученик. В воде всегда есть растворенный воздух.
Учитель. При нагревании воды содержание воздуха в воде становится
избыточным. Он выделяется в виде пузырьков. Пузырьки воздуха
расширяются и становятся видимыми. Они чаще всего зарождаются на
неоднородностях и микротрещинках поверхности. Характерные их размеры
до закипания воды порядка 1мм.
Учитель. Обратите внимание на показания термометра. Что вы
наблюдаете?
Ученик. Столбик термометра показывает повышение температуры.
Учитель. Измеряем температуру, при которой появились пузырьки.
Учитель. Что вы наблюдаете сейчас?
Ученик. Пузырьки воздуха увеличиваются в объеме.
Учитель. Правильно, пузырьки воздуха начинают увеличиваться в объеме.
Дело в том, что вода испаряется не только с поверхности, но и внутрь этих
пузырьков (воде все равно куда испаряться, был бы воздух). Постепенно
пузырьки наполняются водяным паром, под действием паров воды начинают
расширяться, как воздушный шар при его надувании. Давайте измеряем
температуру, соответствующую этому процессу.
Учитель. Пузырьки воздуха начинают всплывать.
Учитель. Какие силы действуют на пузырьки?
Ученик. Сила тяжести и Архимедова сила.
Учитель. Куда направлены эти силы?
Ученик. Сила тяжести направлена вниз, а Архимедова сила вверх.
Учитель. Когда пузырьки смогут оторваться от дна и стенок стакана и
начать свое движение вверх?
Ученик. Пузырьки оторвутся, когда Архимедова сила станет больше силы
тяжести?
Учитель. С увеличением объема пузырьков возрастает выталкивающая
сила, действующая на них со стороны воды. (Вспомните: F
A
= ρ
Ж
gV
пчт
).
Когда F
A
> F
тяж.,
пузырек воздуха начинает всплывать вверх.
Учитель. Произведем измерение температуры воды.
Учитель. Обратите внимание, что многие из этих пузырьков всплывают и
на поверхности воды исчезают.
На поверхности вода еще не прогрелась. Пузырек под действием
Архимедовой силы всплывает и попадает в непрогретую часть жидкости.
Внутри пузырька находится насыщенный пар. Попадая в верхние, еще
недостаточно прогретые слои воды, заполняющий пузырек, насыщенный пар
охлаждается, его давление падает и уже не может компенсировать внешнего
давления на пузырек со стороны воды. В результате пузырек быстро
лопается или просто сильно сжимается. Схлопывание одновременно
большого числа таких пузырьков, гибнущих в верхних слоях воды,
воспринимается как шум.
Учитель. Сейчас мы слышим характерный шум. Этот шум предшествует
кипению. Поясним это явление. При достаточно большом объеме пузырька
он под действием Архимедовой силы начинает подниматься вверх. Попадает
в верхние еще не достаточно прогретые слои воды. Заполняющий пузырек,
насыщенный пар при этом охлаждается, его давление падает и уже не может
компенсировать внешнего давления на пузырек со стороны воды. В
результате пузырек быстро лопается или просто сильно сжимается. Лопание
одновременно большого числа таких пузырьков, гибнущих в верхних слоях
воды, воспринимается как шум. Слушаем шум.
Учитель. Когда в результате конвекции прогреется вся жидкость, с
приближением к поверхности объем пузырьков резко возрастает. Давление
паров внутри пузырька становится равным или больше, чем атмосферное.
Пузырек лопается, как слишком сильно раздутый шар. Пары, содержащиеся
в пузырьках, вырываются наружу. Видим, что из пузырьков, поднявшихся
наружу, вырываются клубы пара. Возникает характерное бульканье — вода
кипит. Термометр показывает - 100º С. Значит температура кипения воды
100С.
Учитель. Сформулируем определение процессу кипения.
Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар вследствие
образования и роста пузырьков пара по всему объему.
Запишем это определение в тетрадь.
Учитель. Какая температура называется температурой кипения?
Ученик. Температура, при которой жидкость кипит, называется
температурой кипения?
Учитель. Как вы думаете, будет ли меняться температура в процессе
кипения?
Ученик. Я думаю, что температура не будет меняться?
Учитель. Опустим термометр в кипящую жидкость. Температура воды -
100 С. Какой можно сделать вывод?
Ученик. Из проведенного опыта мы выяснили, что во время кипения
жидкости ее температура не меняется.
Учитель. Поэтому если увеличить огонь под кастрюлей с кипящей водой,
вода будет кипеть быстрее, но температура воды не увеличится.
Учитель. Давайте построим график зависимости температуры воды от
времени наблюдения.
Ученики в тетради чертят график нагревания и кипения воды.
Учитель. Спиртовка продолжает работать и отдавать энергию. Эта энергия
поступает к жидкости. Почему же тогда температура ее не растет? На что
расходуется эта энергия, если дальнейшего роста температуры нет?
Дело в том, что в процессе кипения подводимая энергия расходуется не на
увеличение скорости частиц (что привело бы к возрастанию температуры), а
идет на разрыв связей между частицами. Какой можно сделать вывод?
Ученик. Процесс кипения происходит с поглощение теплоты. При
нагревании жидкости большая часть энергии идет на разрыв связей между
молекулами воды.
Учитель. Откройте страницу № 45 учебника. Рассмотрим эту таблицу. В
ней приведены значения температуры кипения некоторых веществ, взятых
при нормальном атмосферном давлении. Обратите внимание на низкие
температуры кипения веществ, которые при комнатной температуре
являются газами (водород, кислород), при достаточном охлаждении
превращаются в жидкости, кипящие при очень низких температурах. Жидкий
кислород кипит при – 183 ºС, а жидкий водород кипит при -253 ºС, а также на
высокие температуры кипения металлов, которые в обычных условиях
находятся в твердом состоянии. Железо кипит при температуре 2750 ºС, а
жидкая медь при 2567 ºС. Какой можно сделать вывод?
Ученик. У разных веществ разные температуры кипения.
Учитель. Обратите внимание на название таблицы. Прочитайте название
вслух.
Ученик. Температура кипения некоторых веществ при нормальном
атмосферном давлении.
Учитель. Обращаю ваше внимание на фразу – при нормальном
атмосферном давлении. Это очень важно. Как вы думаете, зачем указано это
условие?
Ученик. Температура кипения зависит от внешнего давления, оказываемого
на свободную поверхность жидкости.
Учитель. Проведем опыт. Исследуем зависимость температуры кипения от
внешнего давления.
Учитель. Колбу с кипящей водой снимаю со спиртовки и закрываю ее
пробкой с вставленной в нее грушей. При нажатии на грушу кипение в колбе
прекращается. Как вы думаете – почему?
Ученик. Надавливая на грушу, мы увеличиваем давление в колбе, процесс
кипения нарушается.
Учитель. Чем больше внешнее давление, тем больше температура кипения.
Всем известно, что вода кипит при температуре 100 ºC. Но не следует
забывать, что это справедливо лишь при нормальном атмосферном давлении
(примерно 101 кПа). При увеличении давления температура кипения воды
возрастает. Так, например, в кастрюлях-скороварках пищу варят под
давлением около 200 кПа. Температура кипения воды при этом достигает
120°С, процесс варки происходит значительно быстрее, чем в обычном
кипятке. Этим и объясняется название «скороварка». И наоборот, уменьшая
внешнее давление, мы тем самым понижаем температуру кипения.
Например, в горных районах (на высоте 3 км, где давление составляет 70
кПа) вода кипит при температуре 90°С. Поэтому жителям этих районов,
использующим такой кипяток, требуется значительно больше времени для
приготовления пищи, чем жителям равнин. А сварить в этом кипятке,
например, куриное яйцо вообще невозможно, так как при температуре ниже
100 °С белок не сворачивается. Если подогреть котелок, например, в южной
части Кисловодска, где высота над уровнем моря доходит до 1600 м, то вода
в нем закипит уже при температуре 95ºС.
Учитель. Итак, с высотой атмосферное давление уменьшается, температура
кипения жидкости тоже уменьшается. И наоборот, с глубиной атмосферное
давление увеличивается, температура кипения жидкости увеличивается.
Как вы думаете, где кипящая вода будет горячее: на уровне моря, на вершине
горы, в глубокой шахте?
Ученик. Вода будет горячее в глубокой шахте, так как атмосферное
давление на глубине будет выше, поэтому вода будет кипеть при более
высокой температуре.
Учитель. Сравним процессы испарения и кипения. Давайте заполним
таблицу. Для этого вы должны ответить на следующие вопросы:
• В чем сходство процесса испарения и процесса кипения?
• Где происходит парообразование?
• При какой температуре происходит парообразование?
• Зависят ли эти процессы от внешнего давления?
• Что происходит с температурой жидкости во время этих процессов?
Таблица сравнения двух процессов заполняется на слайде презентации
после ответов учеников.
4. Отработка изученного материала
Таблица сравнения
№
вопроса
Испарение
Кипение
1
Процесс парообразования
Процесс парообразования
2
Парообразование происходит
с поверхности жидкости
Парообразование происходит
по всему объему жидкости
3
Происходит при любой
температуре
Происходит только при
температуре кипения
4
Не зависит от внешнего
давления
Зависит от внешнего давления
5
Температура жидкости
понижается
Температура жидкости не
изменяется
Учитель. Теперь вы знаете два процесса парообразования: испарение и
кипение. Как изменяется внутренняя энергия жидкости при испарении?
Ученик. Любой процесс испарения идет с понижением внутренней энергии
Учитель. Поэтому, как только прекращается доступ энергии для кипения
жидкости, процесс испарения посредством кипения прекращается.
Учитель. Как вы считаете , одинаковое ли количество теплоты потребуется
на кипение разных жидкостей равной массы, взятых при температуре
кипения?
Ученик. Потребуется разное количество теплоты. На диаграмме видно, что
для обращения в пар разных жидкостей требуется разное количество
теплоты.
Учитель. Это количество теплоты характеризует физическая величина,
которая называется удельной теплотой парообразования. Эта величина
обозначается буквой L. Единица измерения в системе СИ – Дж/кг.
L = [ Дж/кг].
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты
необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения
температуры, называется удельной теплотой парообразования.
Учитель: Что означает, что удельная теплота парообразования воды равна
2,3 . 10
6
Дж/кг?
Ученик: Это значит: для превращения воды массой 1 кг в пар при
температуре кипения 100 С требуется 2,3 . 10
6
Дж энергии.
Учитель. Следовательно, при температуре кипения внутренняя энергия
вещества в парообразном состоянии больше внутренней энергии таклй же
массы вещества в жидком состоянии.
Чтобы вычислить количество теплоты Q, необходимое для превращения в
пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения, нужно
удельную теплоту парообразования L умножить на массу m:
Q=Lm
где
Q — количество теплоты, необходимое для обращения вещества в пар;
m — масса вещества;
L — удельная теплота.
Соприкасаясь с холодным предметом, водяной пар конденсируется ( опыт).
При этом выделяется энергия, поглощенная при образовании пара.
Конденсируясь, пар отдает то количество энергии, которое пошло на его
образование. Следовательно, при превращении 1 кг водяного пара при
температуре 100 С в воду той же температуре выделяется 2,3 . 10
6
Дж
энергии. Эта энергия довольно велика. Вот почему при ожоге паром
получается двойной ожог.
5. Закрепление.
Учитель. Наш урок подходит к концу.
Ученикам предлагается рассмотреть опорный конспект. Еще раз вспомнить
основные моменты материала:
Процесс кипения:
• При поступлении теплоты увеличивается температура жидкости
• Увеличивается объём пузырьков воздуха
• На пузырёк действует сила Архимеда
• Пузырёк всплывает и лопается, попадая в непрогретую часть жидкости
• При равномерном нагревании жидкости, пузырёк доплывает и лопается
на поверхности.
• Испарение происходит с поверхности жидкости при любой
температуре и любого внешнего давления, а кипения - это
парообразования во всем объеме жидкости при определенной для
каждого вещества температуры, зависит от внешнего давления.
Учитель. Вот и вся тема урока. Все ли вам понятно?
А теперь, используя опорные конспекты, постарайтесь ответить на
вопросы теста. Кто ответит, поднимает руку.
Учитель проверяет, ставит оценку.
Образец 1 карточки с вопросами прилагается.
Подведение итогов.
Домашнее задание. Учитель. Ребята, спасибо за урок. Вы хорошо сегодня
потрудились. Запишите домашнее задание: параграф 18, 20, упр.10 (1-4)
Вопрос №1
Предполагаемый ответ
На весах гирьками уравновешен
стакан с водой.
Что произойдет с показаниями
весов спустя некоторое время?
Вода в стакане будет испаряться,
масса ее уменьшаться. Чашка весов
со стаканом поднимется вверх.
Вопрос №1
Предполагаемый ответ
Если накрыть крышкой
кастрюлю с горячей водой, то
через несколько минут на ее
нижней стороне образуются
капельки воды. Как же вода
попала на крышку?
Вода в кастрюле испаряется,
превращаясь в пар, который
заполняет весь объем в кастрюле над
водой. А попав на более холодную
крышку, пар снова превращается в
воду.
Вопрос №1
Предполагаемый ответ
Любые ли молекулы способны
вырваться из жидкости? Почему?
За пределы жидкости молекулам
мешают вылететь силы притяжения,
действующие между ними. Только
«быстрые» молекулы, обладающие
большой кинетической энергией,
способны преодолеть эти силы.
Вопрос №1
Предполагаемый ответ
Белесая струйка, выходящая из
кипящего чайника, - это пар или
туман? Объясните?
Водяной пар не видим. Мы часто
ошибочно называем паром белесую
струю, выходящую из носика
чайника. Это не пар, а туман. Он
состоит из крошечных капелек воды,
образовавшихся при конденсации
пара.
Вопрос №1
Предполагаемый ответ
Вылетающее изо рта на морозе
облачко – это водяной пар или
туман? Почему?
В воздухе, выдыхаемом человеком,
содержатся пары влаги, которые при
охлаждении конденсируются.
Возникает туман.
Вопрос №1
Предполагаемый ответ
Как можно объяснить замерзание
окон зимой?
Пары влаги, находящиеся в комнате,
конденсируются на холодном стекле.
Образовавшаяся влага замерзает.
Стекло покрывается слоем инея.
Использованные источники:
1. А.В.Перышкин «Физика. 8 класс». – Дрофа. – 2010.
2. И.И.Мокрова, «Физика. 8 класс: поурочное планы по учебнику
А.В.Перышкина «Физика. 8 класс», 2 части. - Учитель -АСТ. -, 2010.
3. Единая Коллекция ЦОР №186334 «Парообразование при кипении» ,
ФГУП "Издательство "Просвещение"
4. Единая Коллекция ЦОР №186485 «Что такое кипение», ФГУП
"Издательство "Просвещение"
5. Единая Коллекция ЦОР № 205984 «Кипение. Удельная теплота
парообразования», ФГУП "Издательство "Просвещение"
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: