Фазовые переходы.

Урок по теме «Фазовые переходы»

10 класс

Цели урока:

дидактические – создать условия для усвоения нового материала, используя элементы проблемного обучения, изучить явления плавления и отвердевания на основе МКТ строения вещества, смысл физических величин: температуры плавления, удельной теплоты плавления и парообразования; решать задачи на состояние уравнений теплового баланса.

образовательные – дать учащимся знания об особенностях физических процессов перехода вещества из жидкого состояния в газообразное состояние и наоборот, научить школьников понимать микромеханизм этих явлений, объяснить эти процессы с точки зрения МКТ; формировать понятия о явлениях плавление и отвердевание, испарения, конденсации; насыщенный пар.

развивающие – формировать представление о процессе научного познания развитие логического мышления, отработка практических навыков в понимании законов физики, формировать представление о процессе научного познания, развивать умения моделировать и проводить мысленный эксперимент; устанавливать логическую взаимосвязь наблюдаемых явлений и состояния окружающего мира.

воспитательные – прививать культуру умственного труда, воспитывать компетентность в сфере самостоятельной познавательной деятельности учащихся, основанная на усвоении и учении применять полученные знания в повседневной жизни; формировать отношения учащихся к ценности физических знаний для человека, к ценности научного подхода к изучению явлений окружающего мира, сформировать умения применять полученные знания при оказании первой медицинской помощи в экстренных ситуациях.

Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний, комбинированный с использованием ИКТ.

Оборудование.

Для учителя: компьютер, презентация урока, интерактивная доска, стеклянные колбы-2 одинаковых размеров, прозрачная банка, теплоприемник(прозрачный чайник), пипетка, салфетки, кнопки, спирт, масло, вода, сосуд с горячей водой.

Для учащихся: сосуды с водой, спиртом, салфетки, стеклянные пластины, стеклянные палочки, 2 термометра, батистовая ленточка, кусочек ваты, фен, проектор, компьютер, экран и презентация на электронном носителе, кусочек мыла завернутый в бумагу.

 Демонстрации:

1. Зависимость скорости испарении от температуры, движения воздуха.
2. Охлаждение жидкости при испарении.

План изложения нового материала.

1. Объяснение явления испарения с точки зрения МКТ.

2. Плавление и кристаллизация как физическое явление, его признаки.

3. Испарение как физическое явление, его признаки.

4. Факторы, влияющие на скорость испарения.

5. Конденсация.

6. Насыщенный и ненасыщенный пар.

7. Испарение в природе и технике.

8. Кипение.

Ход урока

1. Организационный момент

Каждый урок – это возможность получить новые знания, возможность понять многие природные явления и научиться использовать эти знания на практике.
Я искренне верю, что вы позовете себе на помощь слуг, о которых писал Р.Киплинг.

Есть у меня шестерка слуг, проворных, удалых.
И все что вижу я вокруг, - Все знаю я от них.
Они по знаку моему являются в нужде.
Зовут их: Как и Почему, Кто, Что, Когда и Где.

ЗАДАНИЕ  1. РАЗМИНКА.

Прослушав отрывки из стихов, вам необходимо назвать, какие тепловые явления нашли отражения в данных отрывках.

Стихи на тепловые явления.

1. А. С. Пушкин “Евгений Онегин”.

В окне увидела Татьяна
Поутру побелевший двор,
Курины, кровли и забор,
На стеклах лёгкие узоры,
Деревья в зимнем серебре...

Вопрос:  Что представляют с точки зрения физики, “на стёклах лёгкие узоры”.

Ответ: Кристаллики замёрзшей воды, её твёрдое состояние.

2. Е. Баратынский “Весна”.

Шумят ручьи! Блестят ручьи!
Взревев, река несет
На торжествующем хребте
Поднятый ею лед!

Вопрос: В каком агрегатном состоянии находится вода?

Какие тепловые процессы отражены в этом отрывке?

Ответ: Вода в жидком и твёрдом агрегатном состоянии. Процессы нагревания и плавления.

3. Д. Б. Кедрин “Мороз на стеклах”.

Пейзаж тропического лета
Рисует стужа на окне.
Зачем ей розы? Видно это
Зима тоскует о весне.

Вопрос: Какое физическое явление нашло отражение в этом отрывке?

Приведите на физическую терминологию процесс “рисование” стужи на окне.

Ответ: Кристаллизация.

4. Иван Суриков “Золилась заря”

От цветов на полях льётся запах кругом,

И сияет роса на траве серебром.

Вопрос: Какое физическое явление нашло отражение в этом отрывке? 

Ответ: Конденсация. Образование росы.

II. Актуализация знаний (Мотивационный этап):

Ребята, давайте вместе определимся с темой нашего урока!

В природе много мы встречаем
Явлений разных, но всегда
Чуть-чуть подумав, замечаем
Все время происходит измененье вещества.

А что же это за явленья,
Которые сегодня предстоит нам изучать.
Вы сами сможете назвать без промедленья,
Я вам хочу подсказку дать.

Я в школу принесла кусочки льда,
Для изученья свойства вещества.
Пока готовила урок, друзья,
То вместо льда, в стакане
Появилась вдруг вода!

Поправить дело мне бы удалось,
Будь чуточку не улице бы посильней мороз,
Процессы эти будем мы сегодня изучать,
И вас прошу я их назвать.

Как назовем подобное явление?
-Плавление
А если льдом становится вода?
Всем ясно- это…
Вещество переходит из одного состояния в другое.

ТЕМА: Фазовые переходы (запись в терадь)

III. Изучение нового материала

1. Рассмотрим фазовый переход - плавление и кристаллизация

Плавление вещества - процесс, требующий времени для наблюдения. Плавление вещества происходит не сразу, и требует определенных условий.
Фронтальный эксперимент.

Передавая телу энергию, можно перевести его из твердого состояния в жидкое (например, расплавить лед)
Плавление и отвердевание кристаллических тел можно объяснить на основании атомно-молекулярной теории строения вещества.
Мы знаем, что в кристаллах молекулы (или атомы) расположены в строгом порядке. Этим объясняется, что все кристаллы одного и того же вещества имеют определенную форму. Однако и в кристаллах молекулы или атомы находятся в движении. Но в отличие, например, от газов, где частицы движутся независимо друг от друга, в твердом теле каждая из частиц влияет на движение других.
От скорости движения молекул, как мы знаем, зависит температура тела. При нагревании тела средняя скорость движения молекул возрастает, - следовательно, возрастает и их средняя кинетическая энергия. Вследствие этого размах колебаний молекул (или атомов) увеличивается, при этом силы, связывающие их, уменьшаются. Когда тело нагреется до температуры плавления, размах колебаний настолько увеличится, что нарушится порядок в расположении частиц в кристаллах. Кристаллы теряют свою форму: вещество плавится, переходя из твердого состояния в жидкое.

Физминутка.

Вы немножечко устали,
Надо силы нам вернуть,
Проведем мы физминутку,
Дадим мышцам отдохнуть.
Ручки плавно опустите,
Ноги вытянем вперед,
И представим на минутку,
Как мы плавиться начнем.
Все мы дружно отдохнули,
Силы мы себе вернули

.

Основная характеристика вещества - удельная теплота плавления.
Удельная теплота плавления показывает какое количество теплоты необходимо для превращения 1кг твердого тела в жидкость.
λ – удельная теплота плавления
[λ]- Дж/кг ( таблица)
Количество теплоты, необходимое для плавления
Q=λ • m
Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации
Q=-λ • m

Закрепление материала.
Решение задачи: Сколько требуется энергии для плавления куска свинца массой 0,5 кг взятой при температуре 27 ºС?(Ответ: 33, 6 кДж)

2. Рассмотрим фазовый переход – испарение и конденсация

Начнем изучать эти явления с опыта: (в лоточке лежит по два предметных стекла); подышите на стеклышко. Что вы наблюдается?

Как и почему изменяется «картина» на стеклышке?

Как называют происходящие явления. Назовите явления?

Назовите тему нашего урока. Это испарение и конденсация.

Учитель- Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием

Учитель – Существуют два способа перехода жидкости в пар: испарение и кипение.

Парообразование происходящее с поверхности жидкости называется испарением

L – удельная теплота парообразования
[L]- Дж/кг ( таблица)
Количество теплоты, необходимое для парообразования
Q=L• m
Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации
Q=-L• m

Физическая сущность процесса испарения жидкости (рассказ об этом процессе на молекулярном уровне)

Нарисуем сосуд, который «наполним» жидкостью. Изобразим молекулы этой жидкости в виде шариков. Это молекулярная модель жидкости. Учтем, что молекулы жидкости расположены довольно плотно. Молекулы обладают кинетической и потенциальной энергией. Одинакова ли кинетическая энергия молекул?

- Выясним, каким молекулам легче всего покинуть жидкость?

- Да, тем молекулам, чьи кинетические энергии движения намного больше потенциальных энергий притяжения соседних молекул.

Обобщим: жидкость могут покинуть молекулы, во-первых, находящиеся вблизи поверхности, и во-вторых, кинетическая энергия которых больше потенциальной энергии притяжения соседних молекул.

Над поверхностью жидкости образуется пар.

.-Какой процесс мы представили на модели?

Опред. Парообразование – явление превращения жидкости в пар.

Испарение – это парообразование, происходящее с поверхности жидкости

Если возьмем открытый сосуд с жидкостью, то через некоторое время жидкость испарится. Если же накрыть сосуд крышкой, будет ли меняться масса жидкости? Конечно, нет. Возникает вопрос – прекратился ли процесс испарения? А почему же масса жидкости не изменяется? Делаем вывод: наряду с процессом испарения наблюдается обратный процесс. Назовите его.

Определение. Конденсация – явление превращения пара в жидкость.

В нашей модели это молекулы, которые возвращаются в жидкость.

Итак, нами построены модели испарения и конденсации, которые помогают нам наглядно представить, что это за явления. Так как из жидкости улетают наиболее быстрые, энергичные молекулы, то средняя скорость оставшихся молекул жидкости, а значит и их средняя кинетическая энергия уменьшается, поэтому испарение ведет к уменьшению внутренней энергии жидкости, вследствие чего жидкость охлаждается. Проверим это следствие на опыте.

Эксперимент: - Что будет если смазать руку эфиром? Ощущаем холод. Почему?

Жидкость испаряясь, отнимает часть внутренней энергии руки, ее температура понижается. Ощущения являются субъективными. А можно ли доказать это утверждение при помощи термометра?

Таким образом, экспериментальная проверка подтвердила следствие, вытекающее из модели испарения, тем самым подтвердила и правильность самой модели. Мы изучили явление испарения, используя цикл естественно научного познания. Схема его такова.

Факты Модель Следствие Эксперимент

ФАКТЫ		МОДЕЛЬ		СЛЕДСТВИЕ		ЭКСПЕРИМЕНТ
Мокрое бельё сохнет, вода, налитая на пол, исчезает...		Наиболее быстрые молекулы покидают поверхность жидкости		Температура жидкости понижается		Рука, смоченная спиртом, охлаждается

Теперь нужно выяснить от каких факторов зависит испарение жидкости. Прошу выдвигать свои гипотезы (помощь, если будет трудно). Пишем на доске и проверяем их экспериментально.

Экспериментальная работа

1. Различная скорость испарения различных жидкостей ( На доске 3 листочка бумаги, нанести 3 капли разной жидкости: спирт , вода, масло) прикрепить магнитами и оставить. Примеры

1. Испарение происходит при любой температуре? Да, но если температура больше испарение происходит быстрее ( проверяется на опыте на два матовых стекла наносят капели воды , но одна пластинка была предварительно нагрета. След воды с подогретого стекла исчезает быстрее) Объяснение этого факта увеличением кинетической энергии молекул жидкости и увеличением числа молекул, способных преодолеть силы притяжения со стороны других молекул Примеры

1. Зависимость скорости испарения от площади ее поверхности (На два матовых стекла наносят по капле воды. На одной из стекол каплю растирают по всей площади стекла. С этого стекла след исчезает быстрее). Объяснение этого факта. Объясняется это тем, что молекулы испаряются с поверхности, и чем больше поверхность, тем больше число молекул одновременно вылетают в воздух. Примеры

1. Намочить одинаковые кусочки ткани водой. Один кусочек положим на стол, а другой будем обдувать феном. Эта ткань высыхает быстрее. При ветре испарившиеся молекулы улетаю, освобождая место для следующих молекул. Примеры

Вывод: поверхностный слой жидкости могут покинуть молекулы находящиеся вблизи поверхности, и которые имеют большую кинетическую энергию равную работе, которую необходимо совершить против сил сцепления, удерживая их внутри жидкости.

Признаки явления испарения.

Демонстрация - уменьшение количеств вещества при испарении, которое сопровождается понижением температуры испаряющейся жидкости

Вывод: При испарении происходит понижение температуры, т.к. внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается.

Применение здоровьесберегающих технологий при изучении темы «Испарение»:

Эти знания можно применить при оказании первой медицинской помощи, если мама на работе, а у братика или сестренки поднялась высокая температура, то вы должны сделать следующее:

• вызвать врача;

• до прихода врача уложить больного в постель и заставить его раздеться;

• взять мягкую тряпочку, воду (капнуть в нее несколько капель уксуса или спирта);

• тряпочку намочить в воде, немного отжать и обтереть больного, укрывать не надо, можно немного помахать над ним полотенцем, тогда испарение пойдет быстрее и температура тела понизится;

• дождаться врача;

Если будет необходимость, эту процедуру можно повторить.

От каких факторов зависит скорость испарения?

Выводы в тетрадь:

Интенсивность испарения зависит от:

- рода вещества;

- от скорости движения воздуха над поверхности жидкости;

- от температуры;

- от площади поверхности жидкости.

Испаряются ли твердые тела? Завернуть мыло в бумагу и дать понюхать?(эксперимент)

Испаряются твердые тела данный процесс называется сублиминацией.

Понятие насыщенного пара, ненасыщенного пара. Значение испарения.

Возникает естественный вопрос: зависит ли интенсивность изменения внутренней энергии жидкости от интенсивности испарения?

Правильно. Чем быстрее будет испаряться жидкость, тем быстрее будет уменьшаться ее внутренняя энергия и, следовательно, ее температура.

Одновременно с испарением происходит переход молекул из пара в жидкость – конденсация.

Для того чтобы этот процесс шел, нужно, чтобы энергичные (быстрые) молекулы пара уменьшили свою скорость. Это обычно происходит на поверхности жидкого или твердого тела или требует наличия в газе центров конденсации. Их роль могут играть различные примеси или пылинки. Конденсация сопровождается выделением энергии.

Испарение в природе, технике (презентация).

а) В естественных условиях испарение является единственным способом передачи влаги с океанов в атмосферу и основной составляющей круговорота воды на земном шаре.

Пример: С поверхности земли, ежегодно испаряется 577 000 куб. км воды.

С поверхности Мирового океана - 505 000 куб. км; с поверхности рек, озер ….- 74 000 куб. км.

Огромное количество воды испаряется растениями. За вегетационный период 1 га пшеницы испаряется около 2 000 куб. м воды. 1 га взрослых лиственных деревьев за лето испаряет до 15 000 куб. м

б) в технике применяется испарение как средство для очистки веществ или разделения жидких смесей перегонкой (получение бензина, керосина и т.д.).

Процесс испарения лежит в основе двигателей внутреннего сгорания, холодильных установок, а так же для разбрызгивания воды в горячем цеху для охлаждения воздуха, а также в основе всех процессов сушки в сушильных камерах.

3. Рассмотрим фазовый переход – насыщенный и ненасыщенный пар

1. Введение понятия насыщенный пар.

Перед вами две банки с одинаковой жидкостью – водой (открываем одну банку).

Сравните их.

- В чем сходство? (Одинаковые банки и уровень жидкости в них.)

- Испаряется ли жидкость в сосудах? (Да, испарение происходит в 2 банках.)

- В чем различие? (В закрытом сосуде одновременно с испарением происходит конденсации жидкости.)

Правильно, одновременно с испарением происходит конденсация. Конденсация и испарение уравновешивают друг друга. Количество молекул, покинувших жидкость, равно количеству молекул, вернувшихся в неё, наступает динамическое равновесие.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью называется насыщенным паром.

В закрытой банке над жидкостью пар насыщенный.

- А в атмосфере пар насыщенный или ненасыщенный? (В атмосфере пар чаще всего ненасыщенный т.к. она является «открытым сосудом».)

- Всегда ли в помещении одинаковое количество водного пара?

(Привести пример с кухней – мама, пришла на кухню, а потом начала варить суп.)

- Изменилось ли количество водного пара в воздухе? (Да, изменилось, увеличилось.)

- Как вы думаете, пар стал насыщенным или еще нет? (Дети могут ответить по- разному.)

Количество молекул, покидающих жидкость, больше количества молекул, возвращающихся в неё. В первом случае пар над жидкостью называют насыщенным, во втором – ненасыщенным.

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называют ненасыщенным.

Испарение жидкости и конденсация играют важную роль в природе и жизни человека.

Используя построенные модели испарения и конденсации, решим следующие задачи:

• Выйдя в летний жаркий день из реки, вы ощущаете прохладу, это ощущение усиливается в ветреную погоду. Объясните, почему это происходит?

• Утром на траве появились капельки росы. Какой будет день, холодный или теплый?

• Какой суп остынет быстрее: жирный или постный?

Рассмотрим фазовый переход – кипение

Эпиграф к уроку:

 

Попробуй пар не выпускать –

 И чайник может бомбой стать!

а) Экспериментальная работа 1.

 

Учитель: Начнем нашу работу с наблюдения за процессом кипения воды в прозрачном чайнике.

 Демонстрация процесса кипения воды в прозрачном чайнике. Наблюдения: пузырьки, которые поднимаются вверх и исчезают, шум, пузырьки лопаются на поверхности. Постоянно измеряем температуру воды в чайнике.         

 

Учитель: Мы видим, что вода нагревается и поднимается вверх. Почему?

 Ученик: Плотность горячей воды меньше, чем холодной, поэтому вследствие конвекции потоки теплой жидкости поднимаются вверх.

 Учитель: При дальнейшем повышении температуры в воде, что мы видим?

 Ученик: В воде образуются пузырьки воздуха.

 Учитель: Ваши предположения, откуда берутся пузырьки?

Если ученики  не догадались, то учитель подсказывает, что в воде в результате диффузии растворяется воздух.

 Учитель: Почему пузырьки увеличиваются и поднимаются вверх?

В ходе беседы выясняется, что внутрь пузырька испаряется жидкость, объем пузырька увеличивается, выталкивающая сила становится больше силы тяжести и пузырек всплывает.

 Учитель: Почему слышен шум?

В ходе беседы выясняется, что одновременно с испарением в пузырьке происходит процесс конденсации. Образуется насыщенный пар.

Пузырек, наполненный насыщенным паром, поднимается в верхние более холодные слои жидкости, давление насыщенного пара уменьшается и пузырек “схлопывается”. Этот процесс сопровождается характерным шумом.

 Учитель: Вода продолжает прогреваться. Пара в пузырьках становится больше. Размеры их увеличиваются. Пузырьки всплывают. Непосредственно перед кипением пузырьки пара перестают лопаться даже в верхних слоях воды. Давление в пузырьках становится больше внешнего, и пузырьки взрываются и пар выходит наружу. Вода закипает.

Учитель: Вода в чайнике закипела. Термометр показывает 100ºС, значит температура кипения воды 100ºС.

Что образуется над чайником?

Ученик: Интенсивно образуется пар.

Учитель: Обратите внимание, что при кипении пар образуется над поверхностью жидкости и в пузырьках. Так что же такое кипение?

Ученик: Это переход жидкости в пар.

Учитель: Испарение это тоже переход жидкости в пар. Чем же кипение отличается от испарения?

Ученик: Кипение происходит при определенной температуре. Парообразование происходит и с поверхности жидкости и внутри, по всему объему жидкости.

 

б) Экспериментальная работа 2.

  Температура кипения у различных жидкостей различна.

 

В кипящую воду насыпают поварённую соль. Вода перестаёт кипеть. Добавляют соль и перемешивают стеклянной палочкой, получают насыщенный раствор. Через некоторое время солёная вода закипает, и термометр показывает температуру выше 100°С.

  Вывод: у различных жидкостей температура кипения различна.

 Учитель: Ребята, найдите в учебнике таблицу. В ней указаны температуры кипения разных жидкостей. Обратите внимание на название таблицы. Прочитайте вслух.

 Ученик: Температуры кипения различных жидкостей при нормальном атмосферном давлении.

 Учитель: Последняя фраза очень важна. Так как при уменьшении внешнего давления температура кипения жидкости понижается, а при увеличении внешнего давления - повышается.  Вот это мы и проверим экспериментально.

 

Демонстрирую видео с опытом «Кипение при пониженном давлении» видеофрагмент

 

 Учитель: Кипячение воды может происходить и при повышенных температурах.

 Применяется в скороварках и автоклавах.

 Учитель: Приготовление пищи в скороварке имеет массу преимуществ по сравнению с обычными способами варки в обычной кастрюле. Процесс приготовления пищи происходит при температуре 120°С и время приготовления значительно сокращается. Каким образом температуру кипения удается повысить до 120°С?

 

Обратите внимание на эпиграф к уроку. Почему чайник может стать бомбой? Чтобы предотвратить это, в кастрюле скороварке делают отверстие для выхода пара.

Демонстрирую презентацию:

Кипение в быту и промышленности. Кипение в природе: гейзеры

 

Физкультминутка - Упражнения на вращения головой:

 

Учитель: Учиться будем хорошо?

Учащиеся кивают головой «Да, да, да».

 – Нарушать дисциплину не будем?

Учащиеся поворачивают голову из стороны в сторону «Нет, нет, нет».

 – А что будем делать, если не получиться?

Учащиеся поднимают и опускают плечи «Не знаю, не знаю, не знаю».

 – А чтобы у нас все получилось, давай прослушаем сказку и ответим на вопрос.

 

Закрепление материала. Сказка

 

Жил-был царь. У него были три дочери: старшая, средняя и младшая. Младшая была самая красивая, самая любимая.  Царь был стар и умен. Он давно издал указ, по которому первая дочь, выходящая замуж получитпол-царства. Зная указ, средняя и старшая дочери очень хотели замуж,  и часто из-за этого ссорились. Младшая дочь замуж не собиралась. Чтобы разрешить все вопросы с замужеством и уладить ссоры, царь предложил провести такое соревнование.

 Он поставил на стол три чайника. Они были совершенно одинаковы, как по внешнему виду, так и по вместимости.  Царь налил в каждый чайник равное  количество воды из ведра.

 «Мои любимые дочери, – начал свою речь царь, – сейчас каждая из вас возьмет по чайнику и отправиться вместе со мной на кухню. Там вы поставите чайники на плиту и дождетесь, пока они закипят. Та дочь, у которой закипит чайник раньше, выйдет замуж первой».

 Как не странно, но расчеты царя были точными, первым закипел чайник у младшей дочери.   Почему?

Ответ: Старшая и средняя дочери очень хотели, чтоб их чайники закипели быстрее, и часто поднимали крышки чайников, проверяя, не кипит ли в них вода. Младшая дочь замуж не хотела и в чайник не заглядывала!

В. Марков 

IV. Закрепление изученного материала

1. Тест

V. Итоги урока (Рефлексия.)

Учащиеся на интерактивной доске рисуют результаты оценки своей деятельности на уроке. ( Молекула на дне – учащийся не понял тему, на поверхности – частично понял, покинула жидкость – хорошо понял тему)

VI. Домашнее задание § 35 (до влажности). Напишите короткий (и желательно веселый), рассказ - загадку, в основе которого лежали бы все эти явления

Для желающих:

- Подготовить доклад «О практическом использовании процесса испарения в быту и технике»

- Подготовить презентацию «Роль испарения в мире животных»

Урок окончен. Спасибо за внимание!

9