конспект урока по теме "Температура и ее измерение"
план-конспект урока по физике (10 класс) на тему

Тема: Температура и ее измерение.

                Цель: Дать понятие о термодинамических параметрах. Рассмотреть температуру, как характеристику состояния теплового равновесия термодинамической системы.

        Выяснить понимание «одинаковые состояния», «разные состояния», «изменение состояния».

Этапы урока

I.  Чувственно-эстетический

II  Установочно-мотивационный

• Что мы знаем о температуре? Метод «мозгового штурма»;
• Деление темы на смысловые блоки. Формулирование задания для групп.

III Содержательно-поисковый

Работа в группах. Каждый ученик материалы для повторения готовит заранее. Тематика материалов для повторения:

- температура и тепловое равновесие;

- физический смысл температуры;

- абсолютная шкала температур. Другие температурные шкалы.

- измерение температуры.

IV Обобщающий

Работа в группах

V  Итог урока

Ход урока

I Чувственно-эстетический 

Добрый день, ребята! Каждое утро, просыпаясь мы смотрим в окно. Нам интересно, какая же сегодня погода. Но вид Солнца из окна бывает обманчивым? Что нам подскажет как правильно одеться? (термометр)

А для чего еще нужен термометр? (измерять температуру тела)

У меня опять:
Тридцать шесть и пять!

Озабоченно и хмуро
Я на градусник смотрю:
Где моя температура?
Почему я не горю?
Почему я не больной?
Я здоровый! Что со мной?

У меня опять:
Тридцать шесть и пять!

С. Михалков

Как вы думаете? О чем пойдет речь сегодня на уроке? Каких целей мы должны достичь по вашему мнению?

II Установочно-мотивационный

Что мы знаем о температуре?  Обсуждение в группах.

Учащиеся предлагают свои ответы. (Понятием температуры мы пользуемся в повседневной жизни, понимая ее как «Степень нагретости тела». Такое представление возникло вследствие физиологических представлений, основанных на раздражении нервных окончаний, создающих ощущение тепла и холода.

Однако характеристика теплового состояния тела на ощупь не всегда возможна, т.к. тепловые ощущения имеют ограниченный диапазон, за пределами которого наступают болевые ощущения.

Например: не станем же мы исследовать тепловое состояние жидкого воздуха или расплавленной стали на ощупь.

Такой способ не позволяет дать количественную оценку теплового состояния. Возникла необходимость в изобретении прибора – термометра)

Таким образом, мы понимает, что рассмотрение температуры как меры нагретости тел является неточным и очень ограниченным. А чтобы лучше понять смысл температуры, нужно вспомнить какие-либо явления, связанные с движением молекул (диффузия, броуновское движение и т.п.). Ученики уже знают, что скорость диффузии зависит от температуры. Разбирая данное явление, приходим к выводу, что при большей температуре больше и средняя(!) скорость движения молекул. Получаем, что температура является мерой скорости движения молекул. Чтобы уточнить данное определение, рассматриваем качественную задачу: «Как будет изменяться температура тел, если холодную чайную ложку поместить в стакан с горячим чаем?». Исходя из житейского опыта учащихся, приходим к пониманию теплового равновесия, при котором тела имеют одинаковую температуру.

III  Содержательно-поисковый

 Т.к. молекулярная физика и термодинамика изучают свойства термодинамических систем, то необходимо знать термины:

Термодинамическая система – любое конечных размеров макротело или совокупность макротел.

Макротело (макроскопическое тело) –

а) тело, размеры которого велики по сравнению с атомными размерами;

б) тело, состоящее из огромного числа молекул.

                      10-6                                                       106                                                                           м

Микромир                                макромир                                                мегамир

(микротела)                              (макротела)                                            (мегатела)

атом и его составные               мельчайшая частица -                          космос

                                                                молекула

        В отличие от состояния механической системы, определяемой координатами, скоростями, импульсами тел, входящих в нее, состояние ТС определяется термодинамическими параметрами: p, v, T.

                p, T неприменимы к микрочастицам, они являются макровеличинами, т.е. могут быть измерены с помощью приборов (манометр, термометр), не реагирующих на влияние микрочастиц.

        Простейшая ТС – система, состояние которой определяется давлением, объемом, температурой. К таким системам относятся однородные газы, жидкости, не подверженные действию каких-либо полей (гравитационных, электрических, магнитных).

Ответы каждой группы по заранее подготовленному материалу.

• Понятие о термодинамическом (ТД) равновесии системы.

Понятие «температура» основано на понятии «тепловое равновесие».

Рассмотрим на примере переход из неравновесного состояния в равновесное.

Опустим в стакан с водой кусочек сахара.

1). Неравновесное: сахар начинает растворяться.

            2).Через время – равновесное (получится однородный раствор - сахар растворится

полностью) или неоднородная система, состоящая из нерастворенного сахара и насыщенного раствора.

Аналогично:

Опустим в воду кусок льда.

         1).Неравновесное: лед начинает плавиться, понижая температуру воды; когда лед расплавится, то вода станет нагреваться до тех пор, пока не примет температуру окружающего воздуха.

         2).Равновесное: стакан с водой поместим в теплоизоляционную оболочку. Если при этом температура воды понизится до 00С и в стакане останется кусочек нерастаявшего льда, то наступит состояние, когда лед не будет таять, а вода замерзать.

                Термодинамическое равновесие – состояние, в котором прекращаются макроскопические процессы (растворение, плавление, кристаллизация).

В этом состоянии ТД параметры без внешнего воздействия неизменны. Микроскопические же процессы ни на миг не прекращаются.

        МКТ позволяет установить связь между макровеличинами (p, v, T) со средними значениями величин ( осн. ур-е  МКТ):

                р=⅓               р=⅔

Правда, вследствие теплового движения микротел наблюдаются отклонения от их среднего значения (флюктуации), но при большом количестве частиц за большой промежуток времени эти отклонения весьма малы.

Термодинамическое равновесие – это особая форма теплового движения, при котором макроскопические параметры остаются в среднем постоянными во времени.

Учитель должен  подчеркнуть, что при этом выравниваются не средние скорости молекул, а их средние кинетические энергии. Значит, температура с макроскопической точки зрения является характеристикой тел, находящихся в состоянии теплового равновесия, а с микроскопической – мерой средней кинетической энергии молекул. Но, несмотря на микроскопическое объяснение данного понятия, температура все-таки является макроскопической величиной и применима, соответственно, только к макроскопическим телам. Для уточнения этого аспекта, рассматриваем задачу: «При нагревании воды ее температура увеличивается. Можно ли сказать, что мы: а) нагреваем молекулы воды; б) увеличиваем температуру молекул? Что при этом происходит с молекулами?».

• Толкование температуры.

Пример: Рассмотрим 2 части изолированной и равновесной ТД системы, разделенные перегородкой (т.е. между частями возможен только теплообмен).

Если такой контакт не приводит к нарушению термодинамического равновесия, то говорят, что обе системы имеют одинаковые температуры.

Температура является единственным ТД параметром, принимающим одно и то же значение во всех частях равновесной системы. Остальные ТД пар-ры (p и v) могут принимать различные значения в различных частях равновесной системы.

                Пример. Газ в баллоне м.б. в ТД равновесии с окружающей средой, хотя давление внутри баллона и вне его различны.

Пользуясь  МКТ можно дать более точное толкование ТД равновесия.

Если привести в соприкосновение два тела с различными значениями Wкср, то молекулы, движущиеся с большими скоростями при соударении с молекулами другого газа будут их ускорять, сами при этом замедляясь. Происходит передача Wвн . Когда Wкср   обоих газов выровняется, наступает состояние ТД равновесия, хотя столкновение молекул будут продолжаться.

• Измерение температуры

                Основано на фактах:

1. если два тела, каждое из которых находится в тепловом равновесии с одним и тем же третьим телом, то все эти тела имеют одну и ту же температуру;
2. изменение температуры тела всегда сопровождается изменением хотя бы одного из параметров (p или v).

Следствия:

Из 1)в качестве 3-го тела можно использовать термометр;

Из 2)выбрать один из параметров в качестве термометрического параметра.

• Устройство термометра.

а) в равновесии с тающим льдом при p0;

б) в равновесии с парами кипящей воды при p0;

Деления в промежутке о 0 до 100.

Эмпирические шкалы

Используется принцип объемного расширения.    

Знание температуры двух систем дает возможность установить направление теплообмена.

                Идеальное термометрическое вещество – идеальный газ

                Абсолютная шкала температур – шкала Кельвина.  Т= t+273

         Итог:

- системы находятся в «одинаковом состоянии», если равны их объемы, давления и температуры (все ТД параметры);

- системы находятся в «разных состояниях», если хотя бы один из параметров отличается;

- изменение состояния – когда происходит изменение хотя бы одного из параметров.

IV Обобщающий

Работа в группах

Задачи (качественные) на закрепление:

1. Погруженный в ванну лабораторный термометр вынули и поднесли к окну, чтобы лучше рассмотреть его показания. Правильно ли определена температура?
2. как нужно держать лабораторный термометр в измеряемой среде?
3. Что служит признаком установления теплового равновесия между термометром и измеряемой средой?
4. Температура пламени стеариновой свечи достигает 1500°C. Почему же гвозди не плавятся в пламени свечи?
5. В каком случае вполне исправный наружный термометр может в ясный морозный день показывать температуру выше нуля?
6. Увеличить температуру тела достаточно легко, а вот охладить тело сложнее. Предложите разные способы охлаждения тел

V  Итог урока

         Итог:

- системы находятся в «одинаковом состоянии», если равны их объемы, давления и температуры (все ТД параметры);

- системы находятся в «разных состояниях», если хотя бы один из параметров отличается;

- изменение состояния – когда происходит изменение хотя бы одного из параметров.