Задачи на расчет количества теплоты решают с применением формулы Для того чтобы предупредить механическое запоминание формулы, необходимо особенно в начале изучения темы спрашивать учащихся ее смысл и вывод ее из рассуждений с использованием понятия удельной теплоемкости вещества. Вначале по формуле выполняют только прямые расчеты, т. е. находят количество теплоты Нахождение других величин и особенно температур и Для многих учащихся нелегкая задача. Здесь следует постоянно обращаться к знаниям учащихся по математике и терпеливо пояснять суть дела на простых числовых примерах. Одновременно нужно договориться с учителем математики о том, чтобы на уроках алгебры он разобрал с учащимися несколько задач, которые сводятся к решению уравнений типа Особенно это необходимо, когда учащиеся начнут решать задачи, где по существу будут использованы уравнения теплового баланса.
При решении задач по формуле следует обратить внимание учащихся на то, что для нахождения полученной или отданной телом теплоты, необходимо знать абсолютное значение разности температур. Поэтому при расчетах из большей по абсолютному значению температуры вычитают меньшую. Вычитание из конечной температуры начальной в ряде случаев может привести к отрицательному значению теплоты, что потребует дополнительных пояснений или же, при решении задач на уравнение теплового баланса, вообще к неверному ответу.
Задачи, связанные с расчетами количества теплоты, должны быть по возможности простыми. Более сложные задачи в порядке повторения и углубления материала следует решать при изучении молекулярной физики в IX классе. Для создания наглядных образов и представлений о тепловых процессах желательно шире
использовать графические методы решения задач. К сожалению, ко времени изучения данного материала учащиеся VII класса еще не имеют навыков вычерчивания графиков. Поэтому учителю физики необходимо провёсти специальное занятие на эту тему.
190. 1 кг воды и железа нагрели на На сколько изменилась их внутренняя энергия и как это изменение объяснить молекулярной теорией?
191. Что быстрее остынет от 100° С до комнатной температуры: железный утюг или алюминиевый чайник, масса которого вместе с водой равна массе утюга?
192 (э). С помощью термометра и стаканов с горячей и холодной водой определите, какое из двух небольших по объему тел имеет большую теплоемкость.
193. На рисунке 28 дан график изменения температуры воды, меди и железа, полученный при нагревании на горелках, дающих в равные промежутки времени одинаковое количество теплоты. Укажите, какой из них построен для воды, какой - для меди и какой - для железа.
194. На плите нагревалась алюминиевая кастрюля с водой. Масса кастрюли воды - Постройте примерные графики увеличения со временем теплоты, полученной водой и кастрюлей.
195. По данным предыдущей задачи рассчитайте, какое количество теплоты необходимо для нагревания воды и кастрюли от 10 до 60° С.
Решение. Количество теплоты, полученное кастрюлей:
Количество теплоты, полученное водой:
196. Для определения удельной теплоемкости стали в калориметр, содержащий воды при 13° С, было опущено стальное тело массой нагретое до 100°С Температура воды в калориметре повысилась до Найти удельную теплоемкость стали.
Решение. Задача рассматривается в связи с выполнением лабораторной работы по определению удельной теплоемкости твердого тела. Она требует составления и решения уравнения теплового баланса.
Учитывая недостаточную математическую подготовку учащихся, к искомому уравнению подходят постепенно, выполняя предварительно ряд промежуточных действий. То есть задачу следует решать синтетическим методом, желательно с вопросами, не стремясь получить уравнение в общем виде.
Специального обозначения температуры смеси с помощью буквы в VII классе вводить не нужно.
1. Какое количество теплоты получила вода?
2. Какое количество теплоты отдало тело?
По закону сохранения энергии град.
3. Чему равна удельная теплоемкость стали?
Анализируя решение, нужно обратить внимание учащихся на то, что в первом приближении не учитывались потери тепла на нагревание калориметра, воздуха и пр.
В полной мере приемы составления уравнений теплового баланса учащиеся должны усвоить в IX классе. Некоторые вопросы методики решения задач этого типа поясним на примере задач 197 и 198.
197. В сосуд сначала налили воды при температуре а затем воды при температуре Определить температуру смеси. Нагреванием сосуда пренебречь.
Решение 1. Условимся записывать в левой части уравнения члены, которые относятся к теплоте отданной, а в правой - полученной телами.
Если при решении этой задачи ученик будет находить разность между начальной и конечной температурой, то получит уравнение град и нелепый ответ
Решение 2. Составим таблицу и по ее данным построим график нагревания и охлаждения взятых количеств воды (рис. 29).
(см. скан)
График, вычерченный на клетчатой бумаге ученической тетради, дает с точностью до второго знака то же значение, что и расчеты по уравнению теплового баланса.
198. В 200 г воды при 20°С помещают железа при 10° меди при Найти температуру смеси.
Решение. Сложность задачи заключается в том, что не ясно, отдает или принимает теплоту вода. При решении, однако, получится правильный ответ, если руководствоваться общим правилом: записывать теплоту, отдаваемую телами, в левой части уравнения и вычитать из предположительно большей температуры меньшую. Получение члена с отрицательным знаком равносильно переносу его в другую часть уравнения со знаком плюс (правило справедливо при отсутствии агрегатных превращений).
Допустим, что вода получает теплоту
Если же предположить, что вода охлаждается, то уравнение примет вид
Оба уравнения дадут один и тот же ответ. Однако правильно описывает процесс второе уравнение на что следует обратить внимание учащихся при анализе полученного результата.
Что быстрее нагреется на плите - чайник или ведро воды? Ответ очевиден - чайник. Тогда второй вопрос - почему?
Ответ не менее очевиден - потому что масса воды в чайнике меньше. Отлично. А теперь вы можете проделать самостоятельно самый настоящий физический опыт в домашних условиях. Для этого вам понадобится две одинаковые небольшие кастрюльки, равное количество воды и растительного масла, например, по пол-литра и плита. На одинаковый огонь ставите кастрюльки с маслом и водой. А теперь просто наблюдайте, что быстрее будет нагреваться. Если есть градусник для жидкостей, можно применить его, если нет, можно просто пробовать температуру время от времени пальцем, только осторожно, чтобы не обжечься. В любом случае вы вскоре убедитесь, что масло нагревается значительно быстрее воды. И еще один вопросик, который тоже можно реализовать в виде опыта. Что быстрее закипит - теплая вода или холодная? Все снова очевидно - теплая будет на финише первой. К чему все эти странные вопросы и опыты? К тому, чтобы определить физическую величину, называемую «количеством теплоты».
Количество теплоты
Количество теплоты - это энергия, которую тело теряет или приобретает при теплопередаче. Это понятно и из названия. При остывании тело будет терять некое количество теплоты, а при нагревании - поглощать. А ответы на наши вопросы показали нам, от чего зависит количество теплоты? Во-первых, чем больше масса тела, тем большее количество теплоты надо затратить на изменение его температуры на один градус. Во-вторых, количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от того вещества, из которого оно состоит, то есть от рода вещества. И в-третьих, разность температур тела до и после теплопередачи также важна для наших расчетов. Исходя из всего вышесказанного, мы можем определить количество теплоты формулой:
Q=cm(t_2-t_1) ,
где Q - количество теплоты,
m - масса тела,
(t_2-t_1) - разность между начальной и конечной температурами тела,
c - удельная теплоемкость вещества, находится из соответствующих таблиц.
По этой формуле можно произвести расчет количества теплоты, которое необходимо, чтобы нагреть любое тело или которое это тело выделит при остывании.
Измеряется количество теплоты в джоулях (1 Дж), как и всякий вид энергии. Однако, величину эту ввели не так давно, а измерять количество теплоты люди начали намного раньше. И пользовались они единицей, которая широко используется и в наше время - калория (1 кал). 1 калория - это такое количество теплоты, которое потребуется для нагреванияь 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Руководствуясь этими данными, любители подсчитывать калории в съедаемой пище, могут ради интереса подсчитать, сколько литров воды можно вскипятить той энергией, которую они потребляют с едой в течение дня.
Количество теплоты
– энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.
Количество теплоты, необходимое телу для нагревания, зависит от его m, разности температур и рода вещества.
Q – количество теплоты.
Чем больше m тела, тем большее Q понадобится. При остывании тело передает тем большее Q, чем больше его m.
Количество теплоты можно измерить калориметром.
Удельная теплоемкость
– количество теплоты, необходимое данному телу массой 1 кг, для нагревания на 1°С.
с () – удельная теплоемкость. В разных веществах она различна.
Например: вода = 4200 (), лед = 2100 ().
Расчет Q:
Q = cmDt
Dt = t к - t н
При теплообмене U нагревающихся тел увеличивается на столько, на сколько уменьшается U остывающих тел.
Q 1 = Q 2 – уравнение теплового баланса.
БИЛЕТ №7
ПЛАВЛЕНИЕ И ОТВЕРДЕВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ. ОБЪЯСНЕНИЕ ПРОЦЕССА ПЛАВЛЕНИЯ И ОТВЕРДЕВАНИЯ НА ОСНОВЕ УЧЕНИЯ О МОЛЕКУЛЯРНОМ СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА.
Плавление
– переход вещества из твердого состояния в жидкое.
Температура плавления
- температура, при которой вещества плавятся.
Вещества отвердевают при той же постоянной t, что и плавятся. У аморфных тел определенной t плавления нет.
Вся энергия, подводимая к телу при плавлении, уходит на разрушение кристаллической решетки, а при отвердевании – на ее выстраивание.
При этих процессах Е к остается прежней, а Е п изменяется.
Удельная теплота плавления
– физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при t плавления полностью перевести его в жидкое состояние.
l ()- удельная теплота плавления.
Q = lm
При нагревании до t плавления средняя скорость движения молекул растет Þ Е к и t увеличиваются Þ размах колебаний молекул увеличивается, нарушается порядок частиц Þ плавление.
При кристаллизации Е к и скорость молекул в охлажденном веществе уменьшается Þ расположение молекул стает упорядоченным Þ выстраивается кристаллическая решетка.
БИЛЕТ №8
ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ. ПРИЧИНЫ, ОТ КОТОРЫХ ЗАВИСИТ СКОРОСТЬ ИСПАРЕНИЯ ЖИДКОСТИ. ОБЪЯСНЕНИЕ ПРОЦЕССА ПАРООБРАЗОВАНИЯ НА ОСНОВЕ УЧЕНИЯ О МОЛЕКУЛЯРНОМ СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА.
Парообразование
– превращение жидкости в пар.
Испарение
– парообразование с поверхности жидкости.
При движении молекулы подходят вверх (к поверхности жидкости), если их Е к больше Е п, то молекула покидает жидкость.
Скорость испарения жидкости зависит от:
2. Рода вещества
3. S поверхности
4. Состояния водяных паров
Испарение = конденсация
Конденсация
– превращение пара в жидкости.
Конденсация сопровождается выделением энергии.
Пример испарения и конденсации – круговорот воды в природе.
