Особенности различных способов теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе и технике - ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Тип урока: урок общеметодологической направленности.

Используемые технологии: здоровьесбережения, информационно-коммуникационные, развития исследовательских навыков, групповые.

Цели: углубить знания учащихся о видах теплообмена и их роли в природе и технике; рассмотреть примеры использования видов теплообмена в различных областях человеческой деятельности.

Формируемые УУД: предметные: научиться понимать физический смысл конвекции, излучения, теплопроводности; использовать полученные знания в повседневной жизни; метапредметные: планировать учебное сотрудничество с учителем и одноклассниками; выделять и осознавать то, что уже усвоено и что еще подлежит усвоению; составлять план и последовательность действий; корректировать изученные способы действий и алгоритмы; ставить и формулировать проблемы; формулировать гипотезу опыта; усвоить алгоритм деятельности; анализировать и оценивать полученные результаты; личностные: формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками и учителем; развитие интеллектуальных способностей учащихся.

Приборы и материалы: слайды, таблица “Примеры теплопередачи в природе и технике”, термос, стакан, горячая вода.

Ход урока

I. Организационный момент

(Учитель и ученики приветствуют друг друга, выявляются отсутствующие.)

II. Актуализация знаний. Проверка домашнего задания

(Ученики выполняют дифференцированную самостоятельную работу.)

Уровень 1

1. Почему ручки кранов у баков с горячей водой делают деревянными?

2. Какие из перечисленных веществ обладают хорошей теплопроводностью: медь, воздух, алюминий, вода, стекло, водяной пар?

Уровень 2

1. Что остынет быстрее: стакан компота или стакан киселя? Почему?

2. Обыкновенный или пористый кирпич обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему?

Уровень 3

1. Будет ли гореть свеча на борту космического орбитального комплекса?

2. Зачем на нефтебазах баки для хранения топлива красят серебряной краской?

3. Почему термосы изготавливают круглого, а не квадратного сечения?

Уровень 4

1. Какие тела — твердые, жидкие или газообразные — обладают лучшей теплопроводностью?

2. Когда парусным судам удобнее входить в гавань: днем или ночью?

3. Почему самая высокая температура воздуха не в полдень, а после полудня?

4. Почему тонкая полиэтиленовая пленка предохраняет растения от ночного холода?

(Учитель проводит опрос-беседу.)

— При какой температуре и металл, и дерево будут казаться одинаково нагретыми?

— Почему форточки для проветривания комнаты помещают в верхней части окна?

— Почему снег в городе тает быстрее, чем в поле?

— Почему в низинах растения чаще гибнут от заморозков, чем на возвышенностях?

— Почему зимой в доме, где рамы двойные, теплее, чем в доме с однократным застеклением?

— Почему эскимосы зимой смазывают лицо жиром?

— Имеется один сосуд светлый, а другой — закопченный. В каком из них вода закипит быстрее?

— Согласны ли вы с утверждением, что шуба греет?

III. Изучение нового материала

(Выступают ученики, подготовившие доклады. В ходе урока ученики заполняют таблицу “Виды теплопередачи”. Ученики делятся на группы, каждая из которых получает тематическую карточку.)

Задание для первой группы. Прочитайте текст, ответьте на вопросы.

Образование ветров

Земля нагревается Солнцем. Земля нагревает воздух. Теплый воздух легче холодного, поэтому он понимается вверх, а холодный занимает его место. Так возникает ветер. Ветер — это движущийся воздух. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. Конвекцией объясняются, например, ветры бризы, возникающие на берегах морей. В летние дни суша нагревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой, его плотность уменьшается и давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух понизу с моря перемещается к берегу — дует ветер. Это и есть бриз. Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Образуется ночной бриз - движение холодного воздуха от суши к морю.

Перенос ветрами огромной энергии приводит к заметному изменению погоды в данном регионе. Побережье любого теплого моря зимой всегда имеет более высокую среднюю температуру, чем материковые области, которые могут находиться южнее (побережье Мурманской области и Центральная Сибирь).

Вопросы

— Как возникает ветер?

— Что такое бриз?

— Почему на берегу моря обычнее теплее, чем на материке?

Задание для второй группы. Прочитайте текст, ответьте на вопросы.

Тяга

Часто в зоне промышленных предприятий можно увидеть высокие трубы из кирпича. Они служат для создания хорошей тяги. При горении топлива воздух в трубах нагревается. Плотность воздуха уменьшается, следовательно, давление воздуха, находящегося в топке и трубе, становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух поступает в топку, а теплый поднимается вверх — образуется тяга.

Чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давления наружного воздуха и воздуха в трубе. Поэтому тяга усиливается при увеличении высоты трубы. Ясно, что из двух труб одинаковой высоты лучшая тяга будет у кирпичной, нежели у металлической. Ведь горячий воздух в металлической трубе остывает при подъеме быстрее, отчего тяга уменьшается.

Вопросы

— Что такое тяга?

— Почему заводские трубы всегда такие высокие?

— Какие трубы дают лучшую тягу — металлические или кирпичные? Почему?

Задание для третьей группы. Прочитайте текст, ответьте на вопросы.

Отопление помещений

Особое место занимает возможность отопления многоквартирных домов. Принцип отопления связан с циркуляцией горячей воды по трубам. В подвальном этаже здания устанавливают котел, в котором нагревается вода. От верхней части котла главная труба идет на чердак, где она соединяется с расширительным баком. Расширительным он называется потому, что в него поступает избыточный объем воды, образующийся при ее расширении от нагревания. От расширительного бака по чердаку проводят систему распределительных труб, от которых отходят вниз вертикальные трубы, проходящие через комнаты здания. Из этих труб вода поступает в отопительные батареи, составленные из чугунных труб и устанавливаемые обычно под окнами.

Горячая вода нагревает трубы батарей, отдавая им часть своей энергии. От труб энергия передается воздуху комнаты. Сама вода становится холоднее и по системе нижних отводных труб поступает в котел, где снова нагревается, поднимается на чердак, опять попадает в батареи, отдает им энергию и т. д.

В больших зданиях создают искусственную (принудительную) конвекцию воды при помощи насоса, который непрерывно гонит воду в нужном направлении.

Вопросы

— Какие виды теплопередачи лежат в основе отопления помещений?

— Зачем в системе отопления нужны расширительные баки?

— Почему батареи устанавливают у пола, а кондиционеры, наоборот, вешают под потолком?

Задание для четвертой группы. Прочитайте текст, ответьте на вопросы.

Термос

Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температур. Поэтому если в комнату внести, например, горячий чайник, то он остынет. Часть его внутренней энергии перейдет к окружающим телам. Чтобы помешать телу остывать или нагреваться, нужно уменьшить теплопередачу. При этом стремятся сделать так, чтобы энергия не передавалась ни одним из трех видов теплопередачи. Чтобы сохранить горячей воду, пищу или предохранить лед или мороженое от таяния, в быту часто используют термосы. Основным элементом любого термоса является рабочий сосуд с двойными стенками, между которыми глубокое разрежение — из пространства между стенками сосуда выкачан воздух. Такой сосуд изобрел английский ученый Джеймс Дьюар в конце XIX в. Лишенное воздуха пространство между стенками не проводит тепло, а чтобы исключить влияние излучения изнутри и снаружи, стенки сосуда делают зеркальными — блестящий слой, вследствие отражения, препятствует передаче энергии излучением. Чтобы защитить сосуд от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр. Сам сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивается колпачок.

Вопросы

— Что происходит с температурой тел в процессе теплопередачи?

— Для чего использую термосы?

— Из каких основных элементов состоит термос?

(Примечание для учителя. Можно в качестве примера провести опыт. Налить в открытый сосуд и в термос равные порции воды, нагретой до 70 °С. Затем, через 10—20 мин, измерить температуру в обоих сосудах. В термосе температура изменится очень слабо, а в открытом сосуде — заметно.)

Задание для пятой группы. Прочитайте текст, ответьте на вопросы.

Теплообмен почвы и воздуха

Температура нижнего слоя воздуха и поверхностного слоя почвы имеет большое значение для развития растений. В прилегающем к Земле слое воздуха и верхнем слое почвы происходят изменения температуры. Днем почва поглощает энергию и нагревается, а ночью, наоборот, охлаждается. На ее нагрев и охлаждение влияет присутствие растительности. Так, темная, вспаханная почва сильнее нагревается излучением, но и быстрее охлаждается, чем почва, покрытая растительностью.

На теплообмен между почвой и воздухом влияет также погода. В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается — излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ранней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери тепла путем излучения.

Одним из средств повышения температуры участка почвы и припочвенного воздуха служат теплицы, которые позволяют полнее использовать излучение Солнца. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее, но хуже пропускает невидимое излучение, испускаемое нагретой поверхностью Земли. Кроме того, стекло (или пленка) препятствует движению теплого воздуха вверх, т. е. осуществлению конвекции. Внутри теплицы температура выше, чем на незащищенном грунте, примерно на 10 °С.

Вопросы

— Как влияет наличие растений на теплообмен между почвой и воздухом?

— Почему в облачную погоду земля остывает медленнее?

— Зачем нужны теплицы?

IV. Закрепление изученного материала

(Учитель проводит коллективное обсуждение качественных задач.)

1. Какой из видов теплопередачи играет основную роль в нагревании воды в чайнике?

2. Человек греется у костра. Какой из трех видов теплопередачи играет главную роль в передаче тепла от костра к человеку?

3. Почему не падают облака?

4. Стакан наполовину заполнен кипятком. В каком из двух случаев получится менее горячая вода: а) если подождать 5 мин, а затем долить в стакан холодную воду; б) если сразу долить холодную воду, а затем подождать 5 мин?

5. Когда тяга в трубах лучше: зимой или летом? Почему?

6. На севере меховые шапки носят, защищаясь от холода, а на юге — от жары. Объясните целесообразность этого.

7. Почему от закрытого окна, даже если оно плотно закрыто, дует (особенно зимой)?

V. Рефлексия

(Ученики оценивают свою работу на уроке и качество усвоения материала по методу “Плюс — минус — интересно”.)

Каждый ученик заполняет таблицу, состоящую из трех граф. В графу “Плюс” записывается все, что понравилось, вызвало положительные эмоции и т. д. В графу “Минус” — негативные впечатления, то, что вызвало неприязнь или осталось непонятным, скучным, бесполезным. В графу “Интересно” вписываются любопытные факты, о которых учащиеся узнали на уроке или хотели бы еще узнать, а также вопросы к учителю.

Домашнее задание

1. § 4-6 учебника, заполнить до конца таблицу “Виды теплопередачи”.

2. Сборник задач В.И. Лукашика, Е.В. Ивановой: № 965, 976, 981.