Исследование теории и задач по теме «Тепловые явления»
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЗАДАЧАХ
жүктеу/скачать 1.41 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тема урока Кол часов
- 2.2 Избранные задачи
| 2 ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЗАДАЧАХ
2.1 Тепловые явления в содержании физики в СОШ РК Тематическое планирование учебного материала.
2.2 Избранные задачи Изучения основ фундаментальной физической науки на всех этапах обучения тесно связано с решением задач. Решение задач по физике - неотъемлемая часть учебной работы. Задачи способствует пониманию применения физических закономерностей к явлениям, протекающим в тех или иных конкретных условиях. Поэтому они имеют большое значение для развития знаний учащихся, для умения видеть различные конкретные проявления общих законов. Решение задач способствует развитию логического мышления, сообразительности, воли к настойчивости в достижения поставленной цели, вызывает интерес к физике, помогает навыков самостоятельной работы и служит незаменимым средством для развития самостоятельности суждения. Решение задач - это один из методов познания взаимосвязи законов природы. В процессе решения физических задач ученики сталкиваются с необходимостью применить полученные теоретические знания по физике в жизни, глубже осознают связь теории с практикой. Решение задач - одно из важных средств повышения, закрепления и проверки знаний учащихся. Некоторые задачи из раздела основ термодинамики может предлагаться изначально для расчета количества теплоты: при нагревании (охлаждении), сгорании топлива, плавлении (отвердевании) и парообразовании (конденсации), а затем более к сложным задачам термодинамики. В частности задачи термодинамики имеют практическую направленность и могут, проверены самими обучающимися в домашних условиях и на практических занятиях. Если в процессе взаимодействия тел работа не совершается, то есть имеет место только явление теплообмена, то, выяснив сначала, у каких тел внутренняя энергия уменьшается, а у каких увеличивается, составляют уравнение теплового баланса Q1 + Q2 = 0. Это уравнение является основным расчетным уравнением при решении задач первой группы. При составлении уравнения теплового баланса учитывается, происходят ли в процессе теплообмена агрегатные превращения или нет. Если рассматриваемый процесс протекает с совершением механической работы, то для составления расчетного уравнения используют закон сохранения и превращения энергии. Задачи на тепловые процессы, происходящие в газах, решаются при помощи первого закона термодинамики. При решении таких задач необходимо придерживаться следующих методических указаний: - уяснить процессы-направления передачи (получения) тепла от тела (системы) другому телу (системе); - записать формулу (формулы) расчета количества тепла для всевозможных явлений (процессов); - указать движения тепловых процессов и вытекающие из этого уравнения теплообмена и теплового баланса всей системы; - в случае необходимости, дополнить полученную систему уравнений соотношениями, вытекающими из условия задачи, решить систему уравнений и определить искомые величины. Для этого рассмотрим следующие задачи с подробным решением. Можно начать с простейших задач. Задача № 1. В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С? При решении задачи нужно учесть, что оба тела — и котёл, и вода — будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен. Их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100 °С — 10 °С = 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми. Ведь их массы и удельные теплоёмкости различны. Дано: m1 = 5кг c1 = 460 m2 = 10кг c2 = 4200 t1 = 10 t2 = 100 Найти: Q - ? Решение: Количество теплоты, полученное котлом, равно: Q1 = c1 m1 ( t2 - t1 ), Q1 = 460 * 5 кг * 90 ≈ 207 000 Дж = 207 Дж. Количество теплоты, полученное водой, равно: Q2 = c2 m2 ( t2 - t1 ), Q2 = 4200 * 10 кг * 90 ≈ 3 780 000 Дж = 3780 Дж. На нагревание и котла, и воды израсходовано количество теплоты: Q = Q1 + Q2 , Q = 207 кДж + 3780 кДж = 3987 кДж. Ответ: Q = 3987 кДж. Задача № 2. Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25 °С, и воду при температуре 100 °С массой 0,2 кг. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С. Вычислите, какое количество теплоты отдала горячая вода при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты. Дано: m1 = 0,2 кг m2 = 0,8 кг c1 = c2 = 4200 t1 = 25 t2 = 100 t = 40 Найти: Q1 - ?, Q2 - ? Решение: Горячая вода остыла от 100 до 40 , при этом она отдала количество теплоты: Q1 = c1 m1 ( t2 - t), Q1 = 4200 * 0,2 кг *(100 - 40 ) = 50 400 Дж. Холодная вода нагрелась с 25 до 40 и получила количество тепплоты: Q2 = c2 m2 ( t - t1 ), Q2 = 4200 * 0,8 кг *(40 - 25 ) = 50 400 Дж. Ответ: Q1 = 50 400 Дж, Q2 = 50 400 Дж. Задача № 3. В сосуде содержится 3 л воды при температуре 20 °С. Сколько воды при температуре 45 °С надо добавить в сосуд, чтобы в нём установилась температура 30 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь. Дано: V1 = 3 л t1 = 20 t2 = 45 t = 30 Найти: V1 - ? Решение: Для решения данной задачи воспользуемся уравнением теплового баланса: количество теплоты Q1, полученное холодным телом, равно по модулю количеству теплоты Q2, отданному горячим телом: │Q1│= │Q1│или Q1 = - Q2. Тогда Q1 = cm1 (t – t1), m1 = V1; Q2 = cm2 (t – t2), m2 = V2. Согласно уравнению теплового баланса c V1(t - t1) = -c V2(t – t2) V3 (t - t1) = V2 (t2 - t). Следовательно, V2 = V1 (t - t1)/ (t2 - t). Установим наименование полученной величины: [V2] = м3* / = м3. Такое наименование соответствует наименованию единицы объема. Подставив числовые значения, получим V3 = 3*10-3*(30 - 20)/(45 – 30) = 2*10-3м3 = (2 л). Ответ: 2 л. Задача № 4. По графику определите удельную теплоёмкость образца, если его масса 50 г. Дано: Q ( t) m = 50 г. Найти: c - ? Решение: Количество теплоты Q, получаемое телом, связано с изменением температуры тела t выражением: Q = cm t. Следовательно, удельная теплоёмкость c может быть определена по формуле C = . Установим наименование полученной величины: [c] = Дж/(кг* ) Полученное наименование соответствует наименованию единиц удельной теплоёмкости. Однако согласно условию задачи нам известна лишь масса образца m. Значение Q и t могут быть определены по графику. Например, при t = 20 , Q = 500 Дж. Подставив в полученное выражение числовые значения, получим C = = 500 . Нетрудно видеть, что тоже значение удельной теплоёмкости можно получить, взяв любые другие точки( t, Q) принадлежащие графику. Ответ: 500Дж/(кг* ). Задача № 5. Стальной шарик радиусом 5 см, нагретый до температуры 500 ˚С, положили на лед, температура которого 0 ˚С. На какую глубину погрузится шарик в лед? (Считать, что шарик погрузился в лед полностью. Теплопроводностью шарика и нагреванием воды пренебречь.) Дано: R = 0,05 м; t1 = 500 ˚С; t2 = 0 ˚С; ρ1 (плотность стали) = 7800 кг/м3.; ρ2 (плотность льда) = 900 кг/м3. c (удельная теплоемкость стали) = 460 Дж/кг •˚С, λ (удельная теплота плавления льда) = 3,3 • 105 Дж/кг, Найти: h – ? Решение: 1) Объем расплавившегося льда равен сумме объемов цилиндра и полусферы, т.е V = R2h + R3. 2) Количество теплоты, отданное при охлаждении шара: Q1 = 1 R3с(t1 – t2) = 1 R3сt1. 3)Количество теплоты, полученное льдом при плавления: Q2 = m2λ = 2 Vλ = (πR2h + R3) ρ2 λ. 4) По закону сохранения энергии Q1 = Q2 , откуда: h = = ≈0,37 м Подобные задачи служит усвоению учениками теоретического и практического материала, выработке умений прогнозировать, оценивать, предвидеть конечные результаты. Решение задач на тепловые явления всегда предполагает знание ученикам теоретического материла, поэтому неоценима роль учителя в формировании интереса к содержанию учебного материала в процессе обучения. жүктеу/скачать 1.41 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|