Методическая разработка внеклассного мероприятия по физике
«В мире тепла и холода»
Автор: , учитель физики
СОШ №5, Ростовская область, город Красный Сулин
Аннотация:
Задачи проекта:Образовательные:
обеспечить повторение, обобщение и систематизацию знаний по теме «Тепловые явления»; организовать процесс игрового моделирования; продемонстрировать экспериментальный характер физики, как науки.Развивающие:
способствовать формированию умений применять приемы обобщения, сравнения, выделения главного, переноса знаний в новую ситуацию; развивать аналитическое, психологическое, экологическое и экономическое мышление учащихся; способствовать творческому поиску решений производственных задач.Воспитательные:
содействовать воспитанию интереса к физике; помочь учащимся осмыслить практическую значимость, полезность приобретённых знаний и умений в решении задач профессионального самоопределения. Необходимые технические материалы: стеклянная лабораторная посуда (пробирка, плотно закрываемая пробкой, диаметром 20 мм - 2 шт., мерный цилиндр (стеклянная банка, обрезанная нижняя часть пластиковой бутылки), колба с пробкой, изогнутая трубка, пластина, стакан), тонкая гибкая проволока, держатель, горелка (спиртовка), булавка (длинная игла, тонка вязальная спица), неглубокая ёмкость (чашка, миска, поддон), лампа накаливания 150 Вт на подставке, нитка, сосуд для сбора воды, штативы - 3 шт., бумажная вертушка, модель колеса паровой турбины, вода, лёд, соль, грунт. Планируемая продолжительность мероприятия (50 мин.) План и описание мероприятия : Теоретическая часть: ПриветствиеЗдравствуйте, ребята!
Про теплоту начнем рассказ,
Все вспомним, обобщим сейчас.
Энергия! Работа до кипенья!
Чтоб лени наблюдалось испаренье!
Мозги не доведем мы до плавленья,
Их тренируем до изнеможенья!
В учении проявим мы старание,
Идей научных видя обаяние!
Задачу мы любую одолеем
И другу подсобить всегда сумеем!
Но как же жизнь бывает непроста
С той дамой, что зовется: «Теплота»!
Историческая справка; демонстрация презентации. Оглашение плана мероприятия.
Вы - жители мира тепла и холода. В ней семь стран: «Теплота» (теплопроводность), «Ветер» (конвекция), «Луч» (излучение), «Лямбда» (плавление и кристаллизация), «Пар» (испарение и конденсация), «Кипяток» (кипение), «Дизель» (тепловые двигатели). Если бы в ваш мир попали пришельцы с другой планеты, как бы вы представили свои страны?
Пусть каждая группа представит свою страну и продемонстрирует физический опыт, доказывающий то или иное явление и его практическую значимость в природе и технике.
Практическая часть: Презентация группы «Теплота» (теплопроводность) (Приложение 1).Опыт № 1. «Кипяток со льдом». В нижней части пробирке находится лёд, удерживаемый от всплывания металлической сеткой, в верхней части колбы - вода. Вода при нагревании закипает, лёд остаётся на дне пробирки.
Материалы: пробирка диаметром 20 мм, тонкая гибкая проволока, держатель, горелка (спиртовка), кусочек льда, вода.
Наверное, каждый из вас пробовал лимонад со льдом. А может быть кипяток со льдом? Давайте посмотрим. Участник 1 кладёт в пробирку кусочек льда. Закрепим его на дне кусочком смятой проволоки и нальём воду. Для чего нужна проволока? Правильно, чтобы он не всплыл. Участник 2 подносит пробирку к спиртовке так, чтобы пламя лизало только верхнюю часть пробирки. Вскоре вода начинает кипеть, выделяя клубы пара. Но странная вещь: лед на дне пробирки не тает! Мы имеем перед собой словно маленькое чудо: лед, не тающий в кипящей воде…
Разгадка кроется в том, что на дне пробирки вода вовсе не кипит, а остается холодной; она кипит только вверху. У нас не "лед в кипятке", а "лед под кипятком". Расширяясь от тепла, вода становится легче и не опускается на дно, а остается в верхней части пробирки. Течения теплой воды и перемешивание слоев будут происходить в верхней части пробирки и не захватят нижних более плотных слоев. Нагревание может передаваться вниз лишь путем теплопроводности, но теплопроводность воды чрезвычайно мала.
Когда вы хотите охладить напиток льдом, куда ставите вы сосуд: на лед или под лед?
Многие, не раздумывая, ставят ёмкость на лед, но охлаждать нужно сверху.
Когда вы кладете лед поверх ёмкости, верхние слои напитка (прилегающие ко льду), охладившись и сделавшись оттого тяжелее, опускаются вниз; на их место подтекают другие, еще неостуженные, порции напитка, охлаждаются льдом и, в свою очередь, опускаются. Другое дело, если вы ставите напиток не под лед, а поверх льда. Тогда, прежде всего, охлаждается самый нижний слой напитка; он делается плотнее и остается на дне, не уступая места остальным ему теплым слоям. Никакого перемешивания жидкости в этом случае не происходит, и оттого она охлаждается очень медленно.
Презентация группы «Ветер» (конвекция) (Приложение 2).Опыт № 2 "Двигать теплом". Вертушка устанавливается на булавке, которую держат рукой и через несколько секунд она начинает крутиться.
Материалы: вертушка, булавка (длинная игла, тонка вязальная спица)
Воздействие на физический объект, без материальной помощи называется телекинезом. Наверняка, каждый из вас хотел бы двигать предметы на расстоянии. Сегодня у нас есть такая возможность! Для этого нам нужна бумажная вертушка с четырьмя косыми крылышками и булавка. Участник 1 возьмёт в руку булавку, острием вверх, и положит вертушку на острие вершинкой. Убери вторую руку и подожди несколько секунд. Видите? Вертушка тихонько завертелась!
Ее крутит ток нагретого воздуха. Он поднимается от руки, в которой ты держишь булавку. Конечно, поток этот очень слабенький. Но вертушка легонькая, ей и этого хватает! Мы получили чувствительный физический прибор, для работы которого вполне достаточно тепла нашего тела! Мы можем определить конвективные потоки.
Способность вертушки вращаться от потоков тёплого воздуха, можно использовать для украшения праздника. Цветные вертушки (змейки), лучше из фольги на нитках, можно укрепить, например на люстре.
Презентация группы «Луч» (излучение) (Приложение 3).Опыт №3 «Парник на столе». Влажный грунт в ёмкости накрывается сосудом, к которому подносится источник излучения (лампа накаливания). Через некоторое время на стенках сосуда образуется капельки воды.
Материалы: неглубокая ёмкость (чашка, миска, поддон), лампа накаливания 150 Вт на подставке, прозрачный сосуд (стеклянная банка, обрезанная нижняя часть пластиковой бутылки). Грунт, вода.
Всем известно, чем раньше посеять семена, тем раньше и будет урожай. А если на улице холодно, воздух и земля ещё не прогрелись, семена не прорастут. Как быть? Правильно, в этом случае для ускорения всходов можно сделать парник. А можно ли сделать парник на столе? Давайте попробуем. Участник накроет емкость с влажным грунтом банкой и поднесёт к нему лампу (осторожно! лампа нагревается при прохождении электрического тока). Пронаблюдаем, что происходит. На стенках банки образовываются капельки воды.
Под действием теплового излучения, для которого стекло не является препятствием, воды с грунта испаряется и конденсируется на стенках. Мы наблюдаем парниковый эффект. Используя этот способ, можно сделать простой парничок на приусадебном участке, используя любой прозрачный материал (целлофан, стекло).
Надо сказать, что парниковый эффект может быть и проблемой, из-за накопления в атмосфере таких газов, как углекислый газ и метан. Они не позволяют избыточной солнечной энергии отправится обратно в космос. То есть создаётся эффект теплицы в масштабе планеты. В результате это приводит к увеличению температуры на планете, и как следствие к таянию вечных ледников. Из-за этого может возникнуть угроза затопления многих городов и стран.
Презентация группы «Лямбда» (плавление и кристаллизация) (Приложение 4).Опыт №4 "Солёный лёд". Кусочек льда опускают в воду, на него кладут нитку и на это место насыпают соль. Нитка примерзает, и лед можно достать из стакана.
Материалы: стакан, нитка, лёд, вода, соль
Мы уже вращали вертушку, не прикасаясь к ней. Попробуем достать кусочек льда из стакана, без помощи рук. Мне понадобится 2 участника. Первый опускает в стакан с водой прямоугольный кусочек льда, опускает на него нить, чтобы она касалась льда. Второй участник аккуратно насыпает на это место немного соли. Через несколько минут можно вытащить лёд за нитку.
Так происходит потому, что под солью лёд плавится, он охлаждает воду вокруг нитки и замораживает её - нитка примерзает. Солёная вода кристаллизуется при температуре около -1,8оС. Это объясняется её плотностью. С помощью солёного льда раньше, ребята, делали моложеное, когда морозильных камер не было. Если налить в пластиковый стакан сок и поставить его в кастрюлю с соленым снегом или льдом, сок замерзнет, и можно будет лакомиться фруктовым льдом.
5. Презентация группы «Пар» (испарение и конденсация) (Приложение 5).
Опыт №5 "Круговорот воды".
Пар конденсируется на стеклянной пластине и собирается в сосуд. Установка собирается по рисунку заранее
Материалы: колба с пробкой, стеклянная изогнутая трубка, стеклянная пластина, сосуд для сбора воды, спиртовка, штативы - 2 шт., вода
Вы, конечно, знаете, какой круговорот воды в природе. Попробуем проследить его в ускоренном режиме. После того, как вода закипит, образуется пар, который, попадая на холодное стекло, конденсируется и собирается в сосуде. А весь ли пар превращается обратно в воду? В данном случае нет, так и в природе, не вся испарившаяся вода выпадает в виде осадков.
Способность воды конденсироваться при понижении температуры, можно использовать для добычи воды в пустыне. Способ добычи заключается в том, чтобы вырыть в песке яму диаметром около метра, а глубиной не менее пятидесяти-шестидесяти сантиметров. На самом дне ямы разместите емкость для сбора воды и поместите в нее конец полой трубки, другой ее конец вытащите из ямы. Накройте получившуюся яму прозрачной полиэтиленовой пленкой и поместите в центр грузило. В качестве грузила можно использовать обычный камень. Под воздействием солнечных лучей, проходящих сквозь прозрачную пленку, из почвы будет испаряться влага и оседать на внутренней поверхности клеенки. Капельки воды будут постепенно стекать в емкость, и вы сможете время от времени утолять жажду. Этим способом вы сможете получать не менее литра воды в день - этого количества должно хватить, чтобы не допустить обезвоживания организма.
6. Презентация группы «Кипяток» (кипение) (Приложение 6).
Опыт №6 "Кипятим, охлаждая!". Воду в пробирке доводят до кипени и убирают нагрев. Поливая пробирку ледяной водой, добиваются кипения при температуре ниже 1000С.
Материалы: пробирка, плотно закрываемая пробкой, горелка и держатель, бутылка с холодной водой комнатной температуры и бутылку с ледяной водой, заранее поставив пластиковую бутылку с водой в морозильник (не давая воде полностью замерзнуть).
Обычно, чтобы закипятить воду, мы её нагреваем. А можно ли вскипятить воду охлаждением? Нальём в пробирку воды, немного больше половины, и начнём нагревать ее над горелкой. Держать пробирку надо наклонно и не нагревать верхнюю часть воды, т. к. если нагревать воду внизу, то при закипании расширяющиеся пары могут резко выбросить воду из пробирки. Дождёмся, пока установится кипение верхней части воды,
после чего быстро и плотно закроем пробирку, одновременно отодвинув ее от огня. Кипение немедленно прекратится. Теперь перевернём пробирку пробкой вниз и польём верхнюю пустую часть пробирки холодной водой. Вода в пробирке начнет кипеть! Через некоторое время кипение, разумеется, прекратится, но возобновится после повторного орошения пробирки холодной водой. После холодного душа остывшую пробирку можно уже держать рукой. Польём пустую часть пробирки ледяной водой, и вода в прохладной пробирке послушно закипит еще раз!
Кипение начинается тогда, когда давление насыщенного пара при температуре жидкости сравнивается с давлением жидкости. В этом случае образующиеся внутри жидкости пузырьки, наполненные паром, всплывают к поверхности и там лопаются. Возле открытой поверхности воды в нашей пробирке кипение начинается примерно при 100 0С. Интенсивный поток пара вытесняет из пробирки почти весь воздух,
и после закрывания пробирки, в ее свободной части остается практически только насыщенный пар. При обливании пробирки холодной водой температура и давление пара падают, соответственно уменьшается и давление на воду, а температура ее измениться не успевает.
Значит, давление воды становится ниже давления насыщенного пара при температуре воды, и... начинается кипение. При последовательных поливаниях сначала холодной, а затем и ледяной водой температура воды и насыщенного пара постепенно уменьшаются,
и в конце опыта давление в пробирке оказывается совсем. Чтобы проверить это, достаточно открыть пробку и мы услышим хлопок воздуха, входящего в пробирку. Есть еще один, очень красивый, способ убедиться в том, что над водой находится «почти пустота». Попробуем установить пробирку вертикально и резко встряхнуть ее в вертикальном направлении.
Мы слышим необычный звук, как будто в пробирке находится не вода, а нечто жесткое. Причина как раз и состоит в отсутствии над водой воздуха,
препятствующего ее свободному резкому движению.
Опыт убеждает нас, что можно затратить меньшее количество энергии, чтобы закипятить воду, но воспользоваться этим для приготовления пищи не получится, потому что температура тепловой обработки тепла 85-90°. А вот если кипятить воду при повышенном давлении, можно значительно ускорить этот процесс. На этом принципе основана работа скороварки и автоклава. Но пытаться сконструировать их в домашних условиях не стоит.
7. Презентация группы «Дизель» (тепловые двигатели) (Приложение 7).
Опыт №7 "Паровая турбинка". Модель колеса турбины укрепляют на подставе и направляют не неё струю пара из колбы. Колесо вращается. Установку собирают по рисунку
Материалы: колба с пробкой и стеклянной изогнутой трубкой, спиртовка, модель колеса турбины, подставка, вода.
Первые сведения об устройствах, приводимых в действие силой пара, относятся к началу первого века до нашей эры. С тех пор паровые двигатели претерпели немало изменений, постоянно совершенствуясь. Простота принципа действия сделала паровую машину незаменимой в различных отраслях хозяйства. В наше время паровые машины являются частью истории. Полноценный паровой двигатель, который можно применить на практике, в домашних условиях изготовить довольно трудно, но маленькую модель паровой турбины мы вполне сможем смастерить.
4. Заключение, подведение итогов.
Вопросы для оценки результатов работы обозначаются с помощью пальцев:
- Большой палец - по этой теме я хотел(а) бы узнать…; Указательный палец - мне были даны конкретные знания о…; Средний палец - мне не понравилось…; Безымянный палец - мне было интересно…; Мизинец - мне не хватало…
Участники рисуют на листках бумаги свою руку, обводя её контур, записывают вопросы возле каждого пальца и вписывают внутри контуры свои ответы на эти вопросы. Затем листки вывешивают - как бы на «выставке», и всем участникам до общего обсуждения предоставляется время для знакомства с ней.
Литература и ресурсы.
http://foxford. ru/wiki/fizika/teplovye-yavleniya http://files. school-collection. edu. ru/dlrstore/aedabaaf-99f2-afc2-4802-7a9390f6360f/00119626165938764.htm Внеклассная работа по физике/Авт.-сост.: , .- Саратов: Лицей, 2002.-208 с. Предметная неделя по физике в школе/ [и др.]; под общ. Ред. .- Ростов а/Д.: Феникс, 2006.- 272 с. http://www. prosv. ru/ebooks/gumaev_fizika_9-10kl/5.html
