2. Научно-методический анализ и методика изучения темы "Давление твердых тел, газов и жидкостей" на первой ступени обучения физике

Изуч этой темы является продолжением темы «Взаимодействие тел» в 7 классе. Здесь рассматр cлучай, когда твердые, жидкие и газообразные тела соприкасаются друг с другом по некоторой поверхности и находятся относительно друг друга в покое. В этом случае оба взаимодействующих тела деформиров по всей поверхн соприкосновения. В качестве меры напряженного состоян тел, используют физическую величину – давление.

Формирование этого понятия можно начинать с рассмотрения примеров из повседневной жизни, хождение по снегу на лыжах и без и т.д. На основе примеров можно сделать вывод: результат действия силы зависит не только от ее модуля, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она действует. Здесь можно предложить учащимся опыт, описанный в учебнике (песок, гвозди, груз). При введении понятий давления, можно создать проблемную ситуацию, ставя перед учениками следующие задачи:

1. Мальчик стоит на снегу на лыжах, а потом без. В каком случае снег деформируется больше.

2. На лыжах стояли сначала папа, а потом его 5-ти летний сын.

3. На лыжах стояли папа и сын, длина лыж у папы 2,70 м, а у сына 1,10 м.

На 3-й вопрос ученики затрудняются ответить, следовательно возникает необходимость уравнять условия, рассматривать силу, действующую на единицу поверхности. Это новую величину называют давлением.

Далее даем опережение: Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно к площади этой

поверхности, называется давлением. Авторы учебника испытывают, так называемой мнемонический прием:давление=сила/площадь, давление – p, сила – F, площадь – S.

Оч важн для закрепл данного понят решать задач не только количеств, но и экспериментального характера.

Зависимость от объёма. При уменьшении объёма данной массы газа при постоянной температуре его давление увеличивается, а при увеличении объёма давление уменьшается.

Зависимость от темературы. Чем выше температура данной массы газа при постоянном объёме, тем больше его давление, чем ниже температура, тем меньше давление.

На основе мысленного эксперимента формулируется закон Паскаля: Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку жидкости или газа.

Демонстрируется опыт с шаром Паскаля. Необходимо подчеркнуть, что закон Паскаля – количественный закон, но на первом этапе его изучения нельзя показать учащимся количественный вывод но, так как они не знают устройство и принцип действия манометра. Следовательно после изучения манометров, можно

вернуться к этому вопросу. После изучения закона показывают его практическое применение, на примере

гидравлического пресса. Давление в жидкости и газе. Когда идет речь о законе Паскаля, там говорится о передаче жидкостью или газом внешнего давления, но кроме давления, производимого на жидкость из вне, можно говорить о давлении внутри жидкости, обусловленном его притяжением к Земле (весовое давление).

При изучении данного вопроса можно организовать поисковую деятельность в такой последовательности:

а) с помощью опытов разбирают следующие вопросы: "Только ли вода давит на дно и стенки сосуда"; б) существует ли давление внутри жидкости; в) от чего оно зависит; г) каково давление внутри жидкости на одном и том же уровне. С помощью опытов приходим к выводу, что весовое давление зависит от рода жидкости и глубины погружения. Для того, чтобы учащиеся усвоили эту формулу необходимо решать ряд задач. Сообщающиеся сосуды легко усваиваются учащимися. Атмосферное давление. С этим понятием учащиеся уже встречались на уроках геометрии. На уроках физики они рассматривают физическую сущность атмосферного давления. Его причины, способы измерения. При изучении данной темы необходимо решить два вопроса: 1. Показать, что атмосферное давление существует. Это можно доказать с помощью опытов: поднятие воды под поршнем, фонтан, опыт с магдебургскими полушариями. Данный материал богат исторически. Близко к понятию атмосферного давления подошел Галилей, решая задачу, почему насосы поднимают воду с глубины, не превышающей 10 м. 2. Способ измерения атмосферного давления. Опыт Торричелли по измерению атмосферного давления принадлежит к фундаментальным опытам. Показать этот опыт невозможно, поэтому о нем рассказывается, используя плакаты (ртуть.). Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. К изучению данной темы можно подойти различными способами. Рассмотрим один из них. Изучение данной темы можно начать, проделав ряд опытов: 1. При погружении мяча в аквариум с водой, учащиеся убеждаются, что мяч всплывает. Ответ: возникает выталкивающая сила со стороны жидкости (газа). 2. Берут металл груз из набора гирь, подвязан на нити, и погруж в воду, он не всплывает, а погруж на дно. Вопр: Действ ли в этом случае выталк сила. Затем перех к нахожд знач этой силы. Это можно сдел, использ разл метод приемы: 1. В начале теоретически находят значение этой силы, а затем на опыте подтверждают. 2. Рассматривают условие плавания тел, рассматривая 3 случая: Выталкивающая сила, больше, равна и меньше веса тела.3. Научно-методический анализ и методика изучения основных понятий темы "Тепловые явления" в курсе физики 8 класса

Внутренняя энергия – это одно из фундаментальных понятий в физике. К формированию этого понятия можно подойти различными путями, например, авторы учебника формирование этого понятия начинают с опыта о кажущемся нарушении закона сохранения энергии при соударении неупругих тел. Опыт: шар падает на спальную плиту. Непонятно, до удара, шар и стальная плита обладали внутренней энергией. Второй способ: используется идея о том, что работа представляет собой меру изменчивости или превращения энергии. Если тело способно совершить работу, то оно обладает энергией. Здесь можно предложить опыт с картофелем пистолетом (колба закрывается картофельной пробкой и помещается под колпак воздушного насоса, откачав воздух, пробка вылетает). Возникает вопрос: Обладал ли воздух в колбе энергией? (Да).

Далее дают определение: Энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело называется внутренней энергией. Дальнейшая задача состоит в том. Чтобы ознакомить учащихся со способами

измерения внутренней энергии. Для этого проводится ряд опытов: нитью натирают цилиндр и резиновая пробка вылетает; в сосуд наливают немного воды, накачивают в него воздух, пробка вылетает и в сосуде наблюдается пар; в шарообразную колбу с изогнутым концом, в трубку наливается вода (капелька) держа колбу в руках капелька будет перемещаться по трубке. На основе опытов приходим к выводу, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: теплообмен и совершение работы.

Далее дают определение: Процесс изменения внутренней энергии при котором над телом совершается работа, а энергия передается от одних частиц к другим называют теплопередачей. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводность. Из жизненного опыта ученикам известен процесс передачи энергии от одного тела другому. Однако, они не подставляют себе различия тел по теплопроводности. Поэтому необходимо рассмотреть этот вопрос, используя опыт: берут стальную и медную проволоки, на равных расстояниях приклеивают парафином (пластилином) спички. Из опыта дел вывод: разные тела обладают разной теплопроводностью. При изучении вопроса можно сделать проблемную ситуацию: в картонной коробке кипятят воду. Полезно также подчеркнуть, что при теплопроводности происходит перенос энергии, связанной с хаотическим движением микрочастиц, само же вещество не переносится. Для закрепления материала решают качественные задачи.

Конвекция. При изучении конвекции можно предложить следующие опыты: U образная трубка с перегородкой в верхней части, заполняется водой, выше уровня перегородки, затем с одного конца внизу нагревается (в трубки помещаются марганцовка, в одну трубку к низу, в другую сверху.); в трубку с двух сторон вставляют пробки с термометрами и начинают ее нагревать (термометр, находящийся выше покажет большую температуру). При конвекции происходит перенос вещества.

Для закрепления материала авторы учебника рассматривают образование дневных и ночных бризов, а в технике – образование тяги в дымоходе, конвекция в водяном отоплении.

Излучение. Излучение, как вид переноса, связано с излучением и поглощением частицами вещества электромагнитных волн и поэтому не может быть объяснено обстоятельно 8-классникам, поэтому при ознакомлении учащихся с этим видом теплопередачи, следует проводить широко экспериментально. Здесь можно поставить проблемный опыт. Капля жидкости в трубке термоскопа перемещается вправо, указывая на расширение воздуха в термоскопе от нагревания. Формулируют проблему: "Почему капля в термоскопе перемещается и тогда, когда нагреватель расположен на одном и том же уровне с термоскопом?". Подчеркивается, что в данном случае тепло передается от нагретого тела с помощью невидимых глазом

лучей – тепловых лучей. Здесь же подчеркивается, что при излучении наличие среды необязательно, перенос энергии может происходить и в вакууме (передача энергии от Солнца к Земле).

Количество теплоты. Единицы количества теплоты. Процесс совершения механической работы и процесс теплопередачи имеют общий признак – изменяют внутреннюю энергию тела.

Меру изменения внутренней энергии путем совершения работы назвали количеством работы, а меру изменения внутренней энергии в процессе теплопередачи назвали количеством теплоты. Далее выясняют от чего зависит количество теплоты Q полученное или отданное телом. Для расчета количества теплоты необходимо ввести понятие удельной теплоемкости. Необходимо выяснить с учащимися, что количество теплоты, полученное (отданное) телом при теплопередаче зависит от рода вещества. Эту зависимость характеризую. Особой величиной, называемой удельной теплоемкостью вещества. Это можно проверить, проводя следующий эксперимент: используют прибор Тиндаля и замечают, что алюминиевый цилиндр погружается больше в парафин, затем железный и медный. Делают вывод: тела из разных веществ, но

одной массы, отдают при охлаждении и требуют при нагревании на одну температуру разное количество теплоты.

После этого вводим понятие удельной теплоемкости. Для закрепления необходимо работать с таблицей удельных теплоемкостей, ставя следующие вопросы: 1. Что означает, что удельная теплоемкость воды 4200 Дж/ кг К? 2. Найдите вещество для которого теплоемкость наибольшая и т.п.

Введя понятие удельной теплоемкости, можно рассчитать количество теплоты необходимое для нагрева тела массой 1 кг на температуру для случая m вещества:

Далее изучается испарение, кипение, находят количество теплоты необходимое для плавления, для парообразования и т.д. Необходимо расплавить лед, испарить воду.

AB – процесс нагревания Q₁=mc_л(T-T₁); BC – плавление Q₂=λm; CD – нагревание Q₃=mcH 2O(T2-To); DE – парообразование Q2=μm