в каком классе изучают термодинамику по физике
Сравнительный анализ раздела «Термодинамика и молекулярная физика» за курс 7-9 класса.
Посмотреть публикацию
Скачать свидетельство о публикации(справка о публикации находится на 2 листе в файле со свидетельством)
Для изучения поставленной задачи мной были выбраны три учебных программы за курс основной школы. Во-первых, выбор пал на уче6ную программу А.В.Перышкина, поскольку она является сомой распространённой на территории Российской федерации. Так же меня заинтересовал учебник составленный Н.С.Пурышевой и Н.Е.Важеевской, который на мой взгляд является наиболее приближенным по структуре к учебнику А.В.Перышкина, но имеет свои особенности. Наконец, нельзя обойти стороной учебник Л.С.Хижняковой и А.А.Синявкиной поскольку он кардинально отличается от двух предыдущих учебных пособий.
В этих учебниках первые понятия в разделе термодинамика и молекулярная физика даются уже в 7 классе. В дальнейшем происходит постепенное углубление знаний, по данному разделу физики, на протяжении всего времени обучения в школе. Основное количество материала представлено преимущественно в восьмом и десятом классах. Причем в восьмом классе предпочтение отдается термодинамике, а в десятом классе молекулярной физике.
Для лучшего понимания учебной программы рассмотрим структуру каждого учебника по отдельности.
Начнем с учебника А.В.Перышкина. В данном учебном пособии, как мы уже выяснили, изучение раздела начинается в седьмом классе. В самом начале освещаются первоначальные сведения о строении вещества. Дается понятие вещества, его молекулярное строение, объясняется броуновское движение. Подробно рассматриваются три агрегатные состояния вещества, различия в их молекулярном строении и особенности процесса диффузии. Вводится плотность как физическая величина, характеризующая вещество и имеющая формульное выражение. Выполняется одна лабораторная работа на нахождения плотности правильного и аморфного тел. На этом изучение раздела в седьмом классе заканчивается.
В восьмом классе значительно углубляются знания по разделу и отдается предпочтение в изучении термодинамики. В данном учебники отводится третья часть всего объема на данный раздел, что позволяет подробно рассмотреть тему. Раздел состоит из девятнадцать параграфов, объединённых одной темой «Тепловые явления». Первоначально вводится понятии температуры и теплового движения, в чем помогают уже полученные ранее знания о молекулярном строении вещества. Дальше переходят к понятию внутренней энергии и способы ее изменения. Вводится теплопередача и ее виды: теплопроводность, конвекция, излучения. Большое внимания уделяется расчету количества теплоты необходимого для совершения разных процессов, как происходящих с изменением агрегатного состояния вещества (плавление, отвердевания, испарения, конденсация), так и протекающие без агрегатного изменения (нагревание). Изучается процесс горения и рассматриваются простейшие тепловые машины. Вводится понятие коэффициента полезного действия (КПД), влажности воздуха и даются способы их определения.
В курсе 8 класса в данном разделе выполняются три лабораторные работы:
Сравнение количества теплоты при смешивании воды разной температуры.
Измерение удельной теплоемкости твердого тела.
Измерение влажности воздуха.
Структура лабораторных работ одинакова.
После изучения раздела пишется контрольная работа для проверки усвоения материала.
В девятом классе раздел термодинамика и молекулярная физика не рассматривается.
Л.С.Хижнякова и А.А.Синявкина предлагают нам начать изучения раздела термодинамика и молекулярная физика в седьмом классе с введения плотности вещества. На этом заканчивается изучение данного раздела в седьмом классе.
В восьмом классе авторы предлагают нам половину всего времени обучения отвести на рассмотрение раздела. В учебнике информация по разделу представляется в двадцати пяти параграфах разделенных на пять глав.
Первая глава советует начать освоение раздела с газовых законов. Она состоит из пяти параграфов. Каждый параграф заканчивается вопросами, следом идут задания и упражнения. Первым вводится понятие термодинамической равновесной системы как объекта пространства самопроизвольно приходящего к равновесию через достаточно большой промежуток времени. Для этого необходимо ввести некоторый параметр равновесия. Этим параметром выступает температура. В данном учебнике температура – это физическая величина, которая характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся в тепловом равновесии друг с другом, имеют одну температуру. Ставится необходимость прибора для измерения данной величины. Этим прибором выступает термометр, рассматривается его строение. Упоминается несколько шкал для измерения температуры. Подробно рассматривается шкала Андерса Цельсия. Изучается метод ее градуировки в котором используется дистиллированная вода. За ноль принимается температура таящего льда или замерзающей воды, а за сто градусов температура кипения воды. Далее шкала делится на сто равных промежутков. Значение каждого из них принимается за один градус.
В следующих трех параграфах переходят к изучения газовых законов:
Изотермический процесс. Закон Бойля-Мариотта
Изобарный процесс. Закон Гей-Люссака.
Изохорный процесс. Закон Шарля.
В изотермическом процессе рассматривается опыт, проведенный Робертом Бойлем и Эдмом Мариоттой, независимо друг от друга. Ими была установлена зависимость давления от объема при постоянной температуре. Возникает необходимость ввести дополнительный параметр, который бы учитывал погрешности разброса значений, так как для реальных газов закон Бойля-Мариотта справедлив только для малых давлений. Газ, строго подчиняющийся закону Бойля-Мариотта, называется идеальным газом. Аналогично, используя понятие идеального газа, рассматриваются изобарные и изохорные процессы.
Во второй главе дается понятие внутренней энергии и рассматривается первый закон термодинамики. Повествуется о количестве теплоты как мере внутренней энергии и способах теплопередачи. Обучающиеся узнают о способах расчета количества теплоты при изменении температуры вещества без агрегатного превращения и в результате сгорания. Для этого вводится два дополнительных параметра характеризующие количество энергии в зависимости от использованного вещества. Это удельная теплоемкость и удельная теплота сгорания.
Третья глава логически вытекает из второй. В ней рассматриваются тепловые машины, их виды, использование и проблема экологии.
В четвертой главе предлагается рассмотреть молекулярно-кинетическую теорию (МКТ). Здесь рассматривается броуновское движение молекул, подробно характеризуется идеальный газ. Определяется зависимость средней кинетической энергии молекул от давления и температуры.
Далее, в последней главе речь идет о агрегатных состояниях вещества. Рассматриваются жидкости, газы, твердые тела и изучается их молекулярное строение и свойства. Говорится о аморфных телах и жидких кристаллах, как веществах, обладающих двойственной природой и характеризующиеся одновременно двумя агрегатными состояниями. Изучается изменения внутренней энергии при агрегатных превращениях, влажность воздуха. Вводится понятие удельной теплоты плавления и отвердевания, испарения и конденсации.
Выполняется три лабораторные работы:
Измерение удельной теплоемкости вещества.
Исследование изотермического процесса.
Измерение относительной влажности воздуха.
Пишется контрольная работа для проверки усвоения полученного материала.
В девятом классе данный раздел не изучается.
Последним изученным пособием стал учебник Н.С.Пурышевой и Н.Е.Важеевской.
В седьмом классе частично даются некоторые отдельные понятия из молекулярной физики и термодинамики. Такие как температура и плотность вещества.
Выполняется одна лабораторная работа на определение плотности вещества.
Как и в двух предыдущих учебниках большая часть информации по разделу представлена в восьмом классе. На это отводится чуть меньше половины учебного времени. По структуре подачи материала данный учебник схож с учебником А.В.Перышкина, за исключением некоторых отдельных элементов. Материалы по разделю находятся в тридцати шести параграфах разделенных на пять глав.
В начале даются сведения о первоначальном строении вещества, смачивании и капиллярном явлении. Рассматривается строение газов, жидкостей и твердых тел.
Вторая глава преимущественно формирует знания о механических процессах свойствах газов, жидкостей и твердых тел. Но в ней углубляются знания о молекулярном строении веществ, что в дальнейшем необходимо для понимания процесса протекания термодинамических процессах в разного рода веществах.
Далее, в третьей главе, изучаются тепловые явления. Тепловое движение, температура, внутренняя энергия и способы ее изменения, теплопроводность, конвекция, излучение, количество теплоты, удельная теплоемкость вещества, удельная теплота сгорания топлива – именно такой порядок выбран авторами при изучении тепловых явления в курсе восьмого класса.
Четвертая глава посвящена изменению агрегатного состояния вещества. В ней рассматриваются процессы плавления и отвердевания, испарения и конденсации. Вводятся удельная теплота плавления (кристаллизации) и испарения (конденсации). Дается понятие влажности воздуха.
Последняя глава изучению связи между параметрами идеального газа, применению газов в технике. Объясняется принцип работы тепловых двигателей. Затрагивается вопрос охраны окружающей среды.
В конце каждой главы дается ее краткое содержание. Тезисно формулируются основные положения.
Выполняется две лабораторные работы:
Сравнение количества теплоты при смешивании воды разной температуры
Измерение удельной теплоемкости вещества.
Пишется контрольная работа для проверки изученного материала.
В девятом классе раздел термодинамика и молекулярная физика не изучается.
Как было сказано ранее основные понятия по разделу даются в восьмом классе, что является логичным, поскольку в это же время начинает изучаться смежный предмет – химия. Так как без некоторых знаний в области химии обучающимся будет тяжело даваться изучение раздела. В курсе химии восьмого класса даются ключевые понятия о строении вещества на молекулярном и атомном уровне.
В целом, наиболее подробное изучения материала по термодинамике и молекулярной физике представлено в учебнике Л.С.Хижнякова и А.А.Синявкина. Довольно рано по сравнению с другими учебными программами даются и углубляются знания по разделу. Выделяется значительный промежуток времени на его изучения. Но с этим возрастает и сложность представленного материала, возникает необходимость в достаточно тяжелых, для учеников восьмого класса, математических расчетов, необходимых для решения физических задач. В связи с тем, что по большинству учебных программ по математике лишь в восьмом классе начинается работа с многочленами, и для ее оттачивания необходимо некоторое время. При выполнении же физических задач процедуры работы с многочленами, разного вида упрощения и преобразования необходимы для качественного решении физических задач. Данная проблема легко решаема в профильных математических классах. В итоге учебник Л.С.Хижняковой и А.А.Синявкиной может быть реализован в среднем общеобразовательном учреждении, с учетом некоторых особенностей в сложности представляемого материала.
Н.С.Пурышева и Н.Е.Важеевская[4] предлагают более простую подачу материала. Их программа не углубляется в изучение некоторых аспектов молекулярной физики, оставляя их для изучения в старших классах. Это сокращает время, затраченное на изучение, раздела в курсе основной школы. Расчеты, необходимые для решения задач проще и доступней обучающимся. Подача материала последовательная. Учебник подходит для изучения термодинамики и молекулярной физики в курсе школы седьмого – девятого класса, с подробными описаниями и интересной подачей материала. Что необходимо для данной возрастной группы учащихся.
Самым доступным для понимания является учебник А.В.Перышкина, чем и обусловлено его повсеместное распространение. Информация, даваемая автором доступна для понимания широкого круга школьников. Математические расчеты просты и понятны учащимся. Изучаемые темы вытекают одна из другой, что дает понятие о взаимосвязи всех протекающих процессов. Для решения задач потребуется владение базовыми знаниями работы с многочленами. Данный учебник – это хороший пример понятного, интересно изложенного материала что необходимо обучающимся.
Каждый из этих учебников однозначно является отличным примером грамотного изложения материала по термодинамике и молекулярной физики за курс основной школы. Имеет как хорошие, так и спорные моменты.
Раздел термодинамика и молекулярная физика имеет большое значение при изучении физики в основной школе, поскольку дает основные знания о строении вещества, природе прохождения тепловых процессов и явлений окружающего мира.
ТЕРМОДИНАМИКА
Термодинамика – раздел физики, изучающий тела, находящиеся в состоянии термодинамического равновесия и явления, сопровождающие переходы между этими состояниями.
Термодинамическое равновесие – состояние тел (или частей тела), при котором остаются постоянными все величины, характеризующие эти тела (или части тела): объёмы, давления, расположение масс и др.
Температура – единственная физическая величина, всегда одинаковая у всех тел (или частей тела), находящихся в состоянии термодинамического равновесия.
Термометр – прибор для измерения температуры. Единица температуры – 1 кельвин (1 К). Также используется 1 °С, равный 1 К.
Теплообмен – переход внутренней энергии одного тела во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.
Количество теплоты – физическая величина, показывающая энергию, полученную (отданную) телом при теплообмене.
Калориметр – прибор для измерения количества теплоты. Единица количества теплоты – 1 джоуль (1 Дж).
Удельная теплоемкость вещества – физическая величина, показывающая количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1 кг этого вещества на 1 °С. Единица удельной теплоёмкости – 1 Дж/(кг·°С).
Количество теплоты, полученное (отданное) телом при теплообмене, пропорционально массе тела и изменению его температуры. Коэффициент пропорциональности – удельная теплоёмкость вещества.
Превращение твёрдого тела в жидкость называют плавлением.Обратное явление называют отвердеванием. Если при этом получается кристаллическое тело, то отвердевание называют кристаллизацией.
Температура
Температурой плавления называют температуру, при которой нагреваемое кристаллическое тело тело начинает плавиться, и при этом одновременно существуют твёрдое и жидкое состояния его вещества.
Температурой кристаллизации называют температуру, при которой охлаждаемая жидкость начинает кристаллизоваться, и при этом одновременно существуют её твёрдое и жидкое состояния.
Как правило, температура кристаллизации вещества равна температуре его плавления. Температура плавления/кристаллизации вещества зависит от внешнего давления и других факторов.
Удельная теплота плавления – физическая величина, показывающая количество теплоты, необходимое для плавления или выделяющееся при кристаллизации 1 кг вещества, находящегося при температуре плавления/кристаллизации. Единица удельной теплоты плавления – 1 Дж/кг.
Количество теплоты, поглощаемое (выделяющееся) при плавлении (кристаллизации), пропорционально массе расплавившегося (кристаллизовавшегося) вещества. Коэффициент пропорциональности – удельная теплота плавления вещества.
Видами парообразования являются: испарение – парообразование, происходящее с поверхности жидкости; кипение – парообразование, происходящее по всему объёму жидкости вследствие возникновения и всплытия на поверхность пузырей пара; сублимация – парообразование, происходящее с поверхности твёрдого тела.
Температурой кипения называют температуру, при которой наблюдается кипение вещества (интенсивное парообразование по всему объёму этого вещества). Температура кипения зависит от внешнего давления и других факторов.
Удельная теплота парообразования – физическая величина, показывающая количество теплоты, необходимое для превращения в пар 1 кг вещества (как правило, при температуре кипения). Единица удельной теплоты парообразования – 1 Дж/кг.
Количество теплоты, поглощённое кипящей (или испаряющейся при постоянной температуре) жидкостью, прямо пропорционально массе образовавшегося пара. Коэффициент пропорциональности – удельная теплота парообразования вещества.
При охлаждении/кристаллизации/конденсации выделяется точно такое же количество теплоты, которое было затрачено для нагревания/плавления/парообразования вещества (если температуры и давления при прямом и обратном процессах соответствуют друг другу).Утверждение будет верным и наоборот.
Тепловые явления
Законы термодинамика
Первый закон термодинамики устанавливает равенство между изменением внутренней энергии тела и суммой полученной телом теплоты и совершённой над ним работы.
Тепловой двигатель – периодически действующее устройство, служащее для превращения внутренней энергии рабочего тела (как правило, газа или пара) в механическую энергию.
Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании вещества (топлива), прямо пропорционально массе сгоревшего вещества (топлива). Коэффициент пропорциональности – удельная теплота сгорания топлива.
Известно три способа теплопередачи (теплообмена) – теплопроводность, конвекция и излучение. При теплопроводности теплота проникает через вещество без его перемещения (в случае отсутствия вещества теплопроводность является нулевой). При конвекции теплота перемещается неравномерно нагретым движущимся веществом (в условиях, когда возможно возникновение архимедовой силы). При излучении теплота передаётся через пространство или вещество в виде электромагнитных волн (для излучения наличие вещества не является обязательным, в отличие от первых двух способов теплопередачи).
Второй закон термодинамики гласит, что теплообмен самостоятельно протекает только в таком направлении, что температура менее нагретого тела возрастает, а более нагретого – уменьшается.
Дополнительные материалы по теме:
Конспект темы «Термодинамика. Теория, формулы, схемы». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Физика в таблицах и схемах / Янчевская О.В. — СПб, Литера». Рекомендуем купить указанное пособие по ссылке (переход в Интернет-магазин).
Конспект урока «Основы термодинамики»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Тема урока: «Основы термодинамики»
Тип урока: Использование активных форм (организация групповой формы работы)
Форма урока: работа в группах, проектная работа
Цель урока: Изучить новый материал, освоить понятия «Внутренняя энергия», «Работа», «Теплоемкость».
— обеспечить прочное усвоение темы;
— изучить и проанализировать формулы для расчета внутренней энергии одноатомного идеального газа, работы газа, первого закона термодинамики;
— проконтролировать степень усвоения знаний, умений и навыков по данной теме.
— развивать умение логически мыслить; умение находить взаимосвязь между различными темами в физике и способствовать обучению студентов умению переносить знания, полученные на уроках физики, в область решения вопросов, связанных с другими предметами: как математика, биология;
— развивать умение применять теоретические знания для решения практических задач;
— развивать самостоятельность мышления, речь, память;
— развивать способности к оценочным действиям.
— создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу и предмету в целом, для реальной самооценки студентов.
Продолжительность урока: 90 минут
Межпредметные связи: математика, биология, химия.
Методическое и дидактическое сопровождение урока:
— презентация, созданная с помощью средств Microsoft PowerPoint;
— Компьютер, экран, мультимедиапроектор;
— Раздаточный дидактический материал (карточки с планом ответа) для студентов.
Вступление учителя (1 минута)
Я хочу сегодня начать урок со слов Крылова:
«Теория без практики мертва или бесплодна,
практика без теории невозможна или пагубна.
Для теории нужны знания,
для практики, сверх всего того, и знания».
Тема нашего занятия «Основы термодинамики»
Повторение изученного материала (15 минут)
а) работа на повторение с терминами и формулами.
Формулы (вставить вместо вопросов недостающие буквы)
1.Основные положения МКТ (сформулировать)
2.Дать определение идеального газа.
3.Дать определение температуры
5.Что называют изопроцессом?
6.Назвать газовые законы.
в)Перечислите основные параметры состояния вещества соотнесите определения, обозначения и единицы измерения:
1.Представляет собой силу, действующею по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности.
2. Величина обратная плотности т.е. отношения объема занятого веществом к его массе
3.Определяет направление возможного самопроизвольного перехода тепла между телами
V
Изучение нового материала (30-40 минут)
Тепловые явления в физике изучаются с двух точек зрения. Это термодинамической и молекулярно- кинетической. они противоречат и дополняют друг друга.
2.Молекулярно – кинетическая теория
1. опирается на небольшое число фундаментальных законов, справедливых всегда и для всех макроскопических тел
2.для каждого конкретного тела создает модель его молекулярного состояния и из этой модели методами математической статистики (ввиду большого числа молекул) выводит конкретные свойства данного вещества.
Определение: Термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии.
Определение: Термодинамической системой называется совокупность материальных тел, взаимодействующих, как между собой, так и с окружающей средой.
Дома вы должны были по группам подготовить сообщения и презентации к ним. Давайте познакомим своих одногруппников с полученными результатами
(каждой группе давался план по которому они готовят информацию. В наличии у них учебники и компьютер. Задача каждой группы подготовить материал согласно своей карточки, в дальнейшем они этот материал представляют перед группой.
Темы: 1. Внутренняя энергия
Карточка Внутренняя энергия:
Определение (
)
Из чего складывается внутренняя энергия и почему (
)
Формула (
)
Изменение внутренней энергии. Формула (
)
Зависимость внутренней энергии от макропараметров (
)
Отличие работы в механике от работы в термодинамике (
)
Работа газа и работа над газом. Формулы (
)
Геометрическое истолкование работы (
)
Карточка Количество теплоты
Определения теплообмен и количество теплоты (
)
Молекулярная картина теплообмена (
)
Формула количество теплоты (
)
Определение удельной теплоемкости (
)
Удельная теплота парообразования (
)
Формулы (
, 
)
Удельная теплота плавления (
)
Формулы (
)
Уравнение теплового баланса (
)
Если детьми были упущены какие то важные факты, учитель дополняет их ответ
Закрепление материала в задачах (20-30 минут)
С какими трудностями столкнулись?
Что тебе пригодится и далее?
Итак, мы подтвердили слова Крылова:
«Теория без практики мертва или бесплодна,
практика без теории невозможна или пагубна.
Для теории нужны знания,
для практики, сверх всего того, и умение».
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Номер материала: ДБ-780928
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
Роспотребнадзор продлил действие санитарных правил для школ
Время чтения: 1 минута
Минобрнауки утвердило перечень вступительных экзаменов в вузы
Время чтения: 1 минута
Около половины детей болеют коронавирусом в бессимптомной форме
Время чтения: 1 минута
МГПУ вводит QR-коды для посещения очных занятий
Время чтения: 1 минута
В Приамурье начнут пускать на занятия только привитых студентов
Время чтения: 0 минут
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.