Теплопровідність.

Мета.

Навчальна. Ввести поняття процесу теплопровідності. Дослідно переконатися, що теплопровідність різних речовин різна. Визначити значення теплопровідності в природі та побуті. 

Розвиваюча. Розвивати критичне та логічне мислення.

Виховна. Виховувати культуру наукового пояснення явищ природи.

Тип уроку. Урок засвоєння нового матеріалу.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 8 клас, Бар'яхтар В. Г. Довгий С. О., видавництво "Ранок"  
• Демонстрація. Теплопровідність металів (штатив з муфтою та лапкою, мідний стрижень, спиртівка, сірники, віск, металеві скріпки)
• Демонстрація. Теплопровідність різних речовин (кювета для демонстрації теплопровідності різних речовин, гаряча вода, віск, металеві скріпки)
• Демонстрація. Теплопровідність води (пробірка з холодною водою, шматок льоду з вмерзлою гайкою, штатив з муфтою і лапкою, спиртівка, сірники)
• Демонстрація. Теплопровідність газів (пробірка, спиртівка, сірники)

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.
2. Теплопровідність.
3. Запитання до уроку.
4. Домашнє завдання.
5. Перевір себе.
6. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

2. Теплопровідність.

Міркуємо разом.

Чому нагрівся тільки верхній шар води, адже сонце пече вже досить довго?

Навіщо жителі спекотних районів Центральної Азії улітку носять ватні халати?

Як зробити, щоб морозиво в літню спеку швидко не розтануло, якщо поблизу немає холодильника?

У якому взутті швидше змерзнуть ноги — в тому, яке щільно прилягає до ноги, чи в просторому?

 Теплопровідність.  Щоб відповісти на ці запитання, звернемося до дослідів. На попередньому уроці ми з’ясували, що процес зміни внутрішньої енергії тіла без виконання роботи називають теплопередачею або теплообміном.

Теплообмін (теплопередача) може відбуватися за рахунок таких фізичних явищ: теплопровідності, конвекції та випромінювання.

Проведемо дослід. Закріпивши в лапці штатива мідний стрижень, за допомогою воску прикріпимо вздовж стрижня кілька канцелярських кнопок. Почнемо нагрівати вільний кінець стрижня в полум’ї пальника. Через деякий час побачимо, що кнопки по черзі падатимуть на стіл. Для пояснення цього явища скористаємося знаннями з молекулярно-кінетичної теорії. Частинки в металах весь час рухаються: іони коливаються навколо положень рівноваги; рух вільних електронів нагадує рух молекул газу. Коли кінець стержня вміщують у полум’я пальника, ця частина стрижня розігрівається. Швидкість руху частинок металу, які перебувають власне в полум’ї, збільшується. Ці частинки взаємодіють із сусідніми частинками і «розгойдують» їх. У результаті підвищується температура наступної частини стрижня й так далі. Образно кажучи, вздовж стержня йде «потік» тепла, який послідовно розігріває метал. Тепло від металу передається до воску, він розм’якшується, і через це кнопки одна за одною відпадають від стрижня. Зверніть увагу: в ході цього процесу сама речовина (мідь) не переміщується від одного кінця стержня до іншого.

Теплопровідність — це вид теплопередачі, який зумовлений хаотичним ру­хом і взаємодією частинок речовини й не супроводжується перенесенням цієї речовини.

Різні речовини проводять тепло по різному. Досліди показали, що одними з найкращих провідників тепла є метали. Деревина, скло, чимало видів пластмас проводять тепло значно гірше, саме тому ми можемо, наприклад, тримати запалений сірник доти, доки полум’я не досягне пальців.

Погано проводять тепло й рідини (винятком є розплавлені метали). Проведемо дослід. Покладемо на дно пробірки з холодною водою шматочок льоду, а щоб лід не спливав, притиснемо його важком. Нагріватимемо на спиртівці верхній шар води. Через певний час вода поблизу поверхні закипить, а лід унизу пробірки ще не розтане.

Ще гірше за рідину проводять тепло гази. І це легко пояснити. Відстань між молекулами газів набагато більша, ніж відстань між молекулами рідин і твердих тіл. Отже, зіткнення частинок і, відповідно, перенесення енергії від однієї частинки до іншої відбуваються рідше. Так як теплопровідність газів дуже низька, при нагріванні верхнього кінця закритої пальцем пробірки з повітрям всередині можна не боятися обпекти палець.

Скловолокно, вата, хутро дуже погано проводять тепло, оскільки, по-перше, між їхніми волокнами є повітря, по-друге, ці волокна погано проводять тепло самі по собі.

Теплопровідність у природі та побуті. Навесні хутро тварин стає коротшим і менш густим, восени ж, навпаки, — довшає та густішає. Вовна, хутро, пух погано проводять тепло й надійно захищають тіло тварин від охолодження.

Тварини, що живуть або полюють у холодних морях, мають під шкірою товстий жировий прошарок, який завдяки слабкій теплопровідності дозволяє їм тривалий час перебувати у воді без значного переохолодження. Багато комах взимку закопуються глибоко в землю — її гарні теплоізоляційні властивості дозволяють комахам вижити навіть у жорстокі морози. Деякі рослини пустелі вкриті дрібними ворсинками: повітря між ними перешкоджає теплообміну з довкіллям.

Людина в різних сферах діяльності застосовує ті чи інші речовини, зважаючи на їхню теплопровідність. Речовини з кращою теплопровідністю застосовують там, де потрібно швидко передати тепло від одного тіла до іншого. Наприклад, каструлі, сковорідки, батареї опалення тощо виготовляють із металів.

Там, де потрібно запобігти нагріванню або охолодженню тіл, застосовують речовини, що погано проводять тепло. Наприклад, дерев’яна ручка джезви дозволить налити каву, не використовуючи рукавичок, а у водогінних трубах, які прокладено глибоко під землею, вода не замерзає й у сильні холоди і т. д.

3. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 04.1. Нормальна температура тіла людини 36,6°C. Чому людині не холодно при 25°C, дуже жарко при 37°C і прохолодно у воді, температура якої 25°C?

Задача 04.2. Навіщо для охолодження процесора використовують ребристу алюмінієву конструкцію?

Задача 04.3. Чому нагрівся тільки верхній шар води, адже сонце пече вже досить довго?

Задача 04.4. Навіщо жителі спекотних районів Центральної Азії улітку носять ватні халати?

Задача 04.5. Як зробити, щоб морозиво в літню спеку швидко не розтануло, якщо поблизу немає холодильника?

4. Запитання до уроку.

Запитання 04.1. Що називають теплопровідністю? Як відбувається передавання енергії в разі теплопровідності?

Запитання 04.2. Опишіть дослід, який демонструє, що метали добре проводять тепло.

Запитання 04.3. Опишіть дослід на підтвердження того, що енергія від багаття може передаватися не тільки завдяки теплопровідності.

Запитання 04.4. У якому стані речовина гірше проводить тепло — у твердому, рідкому чи газоподібному?

Запитання 04.5. Які матеріали добре проводять тепло? Де їх застосовують?

Запитання 04.6. Назвіть матеріали, які погано проводять тепло. Де їх застосовують?

Запитання 04.7. Чому тварини не замерзають навіть у досить сильний холод?

Запитання 04.8. Чому будинки будують з деревини або цегли?

Запитання 04.9. Чому підкладки курток заповнюють пухом? Чому з точки зору фізики вираз «шуба гріє» є неправильним?

Запитання 04.10. Чому під соломою сніг довго не тане?

Запитання 04.11. Чому окремі деталі кухонного начиння виготовлені з різних матеріалів?

5. Домашнє завдання.

 Підручник: § 5.

Задача 04.6. Взимку ми робимо хибний висновок: металеві предмети холодніші на дотик, ніж дерев’яні. А за якої температури усі предмети здаються на дотик практично однаковими? Відповідь обґрунтуйте.

Задача 04.7. У якому взутті швидше змерзнуть ноги — в тому, яке щільно прилягає до ноги, чи в просторому? Відповідь обґрунтуйте.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

6. Перевір себе.

7. Для допитливих.