вміння та навики розв’язку задач та завдань на використання поняття теплового розширення твердих тіл.
Прилади та матеріали: Лінійка, мікрометр.
Основні етапи уроку.
1. Актуалізація опорних знань.
2. Розгляд нового матеріалу.
3. Закріплення нового матеріалу.
4. Висновки та результати уроку.
Основні етапи уроку.
1. Актуалізація опорних знань.
При проведенні актуалізації опорних знань із фізики потрібно нагадати основні поняття будови твердих речовин. Для цього можна використати наступні питання:
1. Які види речовин вам відомі?
2. Охарактеризуйте аморфний стан речовини.
3. Охарактеризуйте кристалічний стан речовини.
4. Які відмінності будови аморфних та кристалічних речовин?
5. Які типи зв’язків ви знаєте. Дати їх характеристику.
2. Розгляд нового матеріалу.
Із підвищенням температури відбувається теплове розширення твердих тіл. Очевидно, що при нагріванні зростає амплітуда коливань атомів та молекул в вузлах кристалічної гратки і об’єм кристала збільшується при збільшенні середньої відстані між частинками. Кількісно теплове розширення характеризують за допомогою коефіцієнта лінійного та об’ємного розширення :
,
.
Тоді для розмірів твердого тіла можна записати рівність:
Для конструкційних твердих тіл можна приблизно вважати, що , а із значеннями величин коефіцієнта теплового розширення твердих тіл можна ознайомитися у таблиці Додатку 3. рівність найбільш точно справджується для аморфних тіл та кристалів кубічного виду. Для твердих тіл величина порядку . Коефіцієнт лінійного розширення мало залежить від температури. Табличні значення володіють достатньою точністю в інтервалі температур від 0ºС до 100 ºС. Для більшості твердих тіл . Це цілком природно, оскільки більш інтенсивний тепловий рух ніби розштовхує частинки. Досить мале значення коефіцієнта розширення для плавленого кварцу та інвару. Ці матеріали широко використовують у точному приладобудуванні, коли потрібно уникнути зміни розмірів деталей при коливанні температур.
Для різних напрямків у кристалах відстані між структурними частинками та сили взаємодії між ними не однакові. Отже теплове розширення у кристалах має анізотропний характер. Лінійні коефіцієнти розширення залежать від симетрії кристала.
3. Закріплення нового матеріалу.
Для закріплення нового матеріалу можна запропонувати наступні питання:
1. Які пристрої називають дозиметрами?
2. Який поділ реєструючи пристроїв ви знаєте?
3. Які методи реєстрації радіоактивних випромінювань ви можете привести?
4. Охарактеризуйте сцинтиляційний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.
5. Охарактеризуйте іонізаційний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.
6. Охарактеризуйте фотографічний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.
7. Охарактеризуйте біологічний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.
8. Охарактеризуйте калориметричний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.
9. Охарактеризуйте хімічний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.
10. Охарактеризуйте будову та призначення дозиметра-радіометра «Белла».
11. Охарактеризуйте будову та призначення радіометра ДП-5А.
Для закріплення матеріалу можна також запропонувати провести розв’язування наступних завдань, які стосуються питань теплового розширення твердих тіл:
1. Визначити різницю в кількостях обертів колеса електровоза літом при температурі і взимку при температурі на шляху пробігу L = 50 км, якщо радіус колеса при 0 °С R0 = 80 см, а коефіцієнт лінійного теплового розширення .
2. Якої довжини при 0° С слід взяти мідну і залізну дротини,
щоб різниця їх довжин при довільних температурах залишалась не¬
змінною і дорівнювала 10 см? ( , ).
3. До мідної дротини радіуса підвішений вантаж, під
дією якого дротина набула такого самого видовження, як при нагріванні на . Знайти масу т вантажу.
4. При нагріванні деякого металу від іь до
його густина зменшилась в 1,027 раза. Знайти для цього металу серед¬ній коефіцієнт об'ємного теплового розширення.
5. Годинник з металевим маятником поспішає на 8,0 с за добу
при температурі 3°С і відстає на 7,0 с за добу при температурі 23°С.
Знайти середній коефіцієнт лінійного теплового розширення матеріалу маятника і температуру, при якій годинник буде йти правильно.
4. Висновки та результати уроку.
Запропонувати висновки та результати уроку сформулювати учням.
Додаток 2. Лабораторна робота. Вимірювання коефіцієнта теплового розширення твердих тіл.
Тема заняття: Вимірювання коефіцієнта теплового розширення твердих тіл.
Тип заняття: Лабораторна робота
Мета заняття: • Сформувати вміння та навики вимірювання коефіцієнта теплового розширення твердих тіл,
• Сформувати вміння та навики користування вимірювальними приладами.
Прилади та матеріали: Лінійка, нагрівник, прилад Менделєєва (металева трубка), мікрометр, колба скляна.
Основні етапи уроку.
1. Інструктаж по техніці безпеки.
2. Вивчення методики роботи із установкою по вимірюванню коефіцієнта теплового розширення твердих тіл.
3. Проведення вимірів коефіцієнта теплового розширення твердих тіл.
4. Проведення необхідних розрахунків та визначення похибки вимірювань.
Основні етапи уроку.
1. Інструктаж по техніці безпеки.
При виконанні лабораторної роботи передбачається користування нагрівними приладами та електронагрівниками. Тому потрібно провести інструктаж по техніці безпеки при поводженні на нагрівними приладами на електричним струмом.
2. Розглянути прилад для вимірювання коефіцієнта теплового розширення твердих тіл. При відсутності приладу Менделєєва у шкільному кабінеті фізики його можна замінити за допомогою металевої трубки (алюміній, залізо, мідь) та мікрометра. Зовнішній вигляд приладу приведено на рисунку.
Хід роботи.
1. Закріпити гвинтом правий кінець трубки, виміряти величину .
2. Встановити стрілку індикатора (мікрометра) на нуль.
3. пропускати водяну пару із нагрівника – кип’ятильника протягом 10 – 15 хвилин, поки не перестануть змінюватися покази термометрів на приладі. Середнє арифметичне показів термометрів взяти за кінцеву температуру : . За температуру взяти покази термометрів до початку досліду.
4. За допомогою індикатора (мікрометра) визначити видовження трубки .
5. Після закінчення досліду охолодити трубку та повторити дослід із іншим матеріалом трубки.
6. Провести необхідні розрахунки та зробити висновки.
3. Провести виміри та розрахунки коефіцієнта теплового розширення твердого тіла.
4. Сформулювати висновки.
Додаткове завдання.
1. Якої довжини при 0° С слід взяти мідну і залізну дротини,
щоб різниця їх довжин при довільних температурах залишалась не¬
змінною і дорівнювала 10 см? ( , ).
2. До мідної дротини радіуса підвішений вантаж, під
дією якого дротина набула такого самого видовження, як при нагріванні на . Знайти масу т вантажу.
3. При нагріванні деякого металу від іь до
його густина зменшилась в 1,027 раза. Знайти для цього металу серед¬ній коефіцієнт об'ємного теплового розширення.
Додаток 3. Таблиця значень температурного коефіцієнта лінійного розширення, .
Речовина
Алмаз 0 – 78 1,2
Алюмель 20 13,7
Алюміній 0 – 100 23,1
Амінопласти 20 25 – 53
Барій 0 – 300 19,45
Берилій 0 10,5
Берилій 1200 23,7
Бор 20 2,0
Бронза 20 14,9 – 20,4
Ванадій 20 7,8
Вініпласт 20 40
Вісмут 20 – 100 13,45
Вольфрам 0 4,3
Віск 0 – 100 240
Гадоліній 30 – 950 9,7
Галій 20 18,1
Гафній 0 – 200 1,15
Германій - 225
27 0,00
5,75
Гетинакс 20 20
Гольмій 40 9,5
Граніт 20 8,3
Графіт 0 7,1
Диспрозій -100 – 1000 11,8
Європій -200 – 780 26
Залізо 0
0 – 700 11,9
15,0
Золото 20 14,5
Інвар 1100 20,15
Індій 20 - 100 30,5
Йод 0 93
Іридій 0
1750 6,5
10,76
Ітербій 27 – 700 29,9
Ітрій 400 10,8
Кадмій 0 29
Калій 0 84
Кальцій 30 22,5
Капрон - 100
Каучук 20 66
Кварц 196 – 16
0 - 1200 0,256
0,585
Кобальт 0
900 12
16,9
Ковар 25 – 300 5,0
Константан 20 14,4
Копель 20 14
Кремній 27 2,33
Лантан 20 – 1100 8,7
Латунь 20 17 – 22,7
Лід - 10 – 0 50,7
Літій 20 56
Лютецій 400 12,5
Магній 20 – 100 25,9
Список використаної літератури.
1. Гончаренко С. У. Методика навчання фізики. Механіка. – К.: Освіта, 1986. – 208 с.
2. Гончаренко С. У. Методика навчання фізики. Молекулярна фізика. – К.: Освіта, 1986. – 208 с.
3. Дущенко В. П., Кучерук И. М. Общая физика. – К.: Высшая школа, 1995. – 430 с.
4. Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. В 3 т. – М.: Наука, 1995. – 343 с.
5. Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Шефер Н.И. Факультативный курс физики. 9 класс. 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1979. – 208 с.
6. Курс фізики. Г.Ф. Бушок, Г.Ф. Півень. - К.:Вища школа, 1987.
7. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. – М.: Мир, 1983. – 520 с.
8. Практикум із фізики в середній школі. Посібник для вчителя. Під ред. Бурова О. В. – К.: радянська школа. 1990, 175 с.
9. Програмно-методические материалы: Физика. 7-11 классы. / Сост. В.А. Коровин, Ю.И. Дик. – М.: Дрофа, 1998. – 224 с.
10. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3 Т., Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 2003. - Т.3. – 387 с.
11. Физика и научно - технический прогресс. Книга для учителя. Под ред. Глазунова А. Т. – М.: Просвещение, 1988, 124 с.
12. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1982. – 846 с.
13. Элементарный учебник физики. Т.2. Под ред. Г.С. Ландсберга. – М.: Наука, 1966.
