Определить удельную теплоемкость металлического цилиндра
Обновлено: 28.09.2024
Цели урока: Помочь учащимся в работе по овладению методами измерения физических величин, развитие умений использования измерительных приборов. Продолжить работу по активизации мыслительной деятельности учеников, способствовать самостоятельному поиску ответа на поставленную задачу. Развивать способность учащихся к оценке результатов своей деятельности.
Оборудование: на рабочих столах учащихся: стакан с водой; масса которой 0,1 кг; калориметр; термометр; весы с разновесами; металлический цилиндр на нити.
Тип урока: урок применения новых ЗУНов.
Методы преподавания: информационный.
Методы учения: репродуктивный.
Должны знать\уметь: знать понятия количества теплоты и от чего зависит данная величина, физический смысл понятия удельной теплоемкости вещества, научится определять удельную теплоемкость твердого тела
I. Организационный момент.
Актуализация опорных знаний. Повторение ранее изученного материала.
1. Что такое температура?
2. Еденицы измерения?
3. Чтотакое внутрення энергия?
4. От чего зависит внутрення энергия?
5. Одинаковы ли понятия мехпническая и внутреняя энергия?
6. Как можно изменить внутреннюю энергию? – совершением работы и теплопередачей.
7. Что такое теплопередача? Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
8. Указанные процессы делятся на три вида, на какие?
9. Что такое теплопроводность? Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.
10. Обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания? - В пористых кирпичах есть поры, заполненные воздухом.
11. Что такое количество теплоты? Количество теплоты – это физическая велична, значение которой рано энергии получаемой или отдаваемой телом в процессе теплопередачи.
12. Обозначается Q , [ Q ]=[Дж]. Кроме Джоуля, который является единицей СИ, используется ещё одна единица измерения количества теплоты – калория (переводится как «жар», «тепло»).
13. Формула Q = cm △ t
14. Что такое с? Удельная теплоемкость показывает сколько количества тепла необходимо передать веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1°С.
15. Уравнение теплового баланса? Если мы говорим о системе тел, одно из которых отдает тепло, а другое получает, то вводится уравнение теплового баланса.
Суммарное количество теплоты, отданное более нагретыми теломи системе равно суммарному количеству теплоты, полученное менее нагретыми телами этой системы + … + + или Q 1 = Q 2
II. Изучение новых ЗУНов
Тема сегодняшнего занятия посвящена тому, каким образом можно определить удельную теплоемкость вещества опытным путем, т. е. на практике. Конкретно, мы рассмотрим определение теплоемкости на примере твердого тела – металлического цилиндра.
Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра.
Приборы и материалы: металлический цилиндр на нити, стакан с горячей и стакан с холодной водой, термометр, весы, калориметр.
Рис. 1. Металлический цилиндр Рис. 2. Стакан с водой Рис. 3. Термометр
Рис. 4. Весы Рис. 5. Калориметр
Во многих опытах по изучению тепловых явлений применяют калориметр – устройство, состоящее из двух сосудов (стаканов), размещенных один в другом и разделенных воздушной прослойкой.
Из-за слабой теплопроводности воздуха и благодаря небольшому расстоянию между внутренним и внешним сосудами, что обеспечивает отсутствие конвекционных потоков, в калориметре теплообмен с окружающей средой значительно уменьшается.
1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру, она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температура воды и цилиндра сравняются.
2. Затем наливаем в калориметр холодную воду и измеряем ее температуру.
3. После этого помещаем привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измеряем установившуюся в результате теплообмена температуру.
Обработка данных и вычисление результата:
Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен.
Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды количество теплоты:
, где:
удельная теплоемкость воды (табличная величина), ;
масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг;
конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;
начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, o .
Для остывания металлического цилиндра количество теплоты:
удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), ;
масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг;
температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;
конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o .
Замечание . В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.
Как было указано ранее, из-за процесса теплообмена между холодной водой и металлическим цилиндром их количества теплоты равны:
.
Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:
Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем, проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:
Урок 7. Лабораторная работа № 2 «Измерение удельной теплоемкости твердого тела»
Цель урока: Научить учащихся определять теплоемкость металлического цилиндра.
Оборудование: стакан с водой; калориметр; термометр; весы с разновесами; металлический цилиндр на нити.
1. Организационный момент. Приветствие. Выявление отсутствующих.
2. Актуализация опорных знаний. Повторение ранее изученного материала.
Что такое температура?
Что такое внутрення энергия?
От чего зависит внутрення энергия?
Одинаковы ли понятия механическая и внутреняя энергия?
Как можно изменить внутреннюю энергию? – совершением работы и теплопередачей.
Что такое теплопередача? Указанные процессы делятся на три вида, на какие?
Что такое теплопроводность? Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.
Обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания? - В пористых кирпичах есть поры, заполненные воздухом.
Что такое количество теплоты? Количество теплоты – это физическая велична, значение которой рано энергии получаемой или отдаваемой телом в процессе теплопередачи.
Обозначается Q , [ Q ]=[Дж]. Кроме Джоуля, который является единицей СИ, используется ещё одна единица измерения количества теплоты – калория (переводится как «жар», «тепло»).
Формула Q = cm △ t
Что такое с? Удельная теплоемкость показывает сколько количества тепла необходимо передать веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1°С.
Уравнение теплового баланса? Если мы говорим о системе тел, одно из которых отдает тепло, а другое получает, то вводится уравнение теплового баланса.
3.Лабораторная работа №2. ( учебник А.В. Перышкин, стр.221).
Цель работы определить удельную теплоемкость вещества опытным путем. Мы рассмотрим определение теплоемкости на примере твердого тела – металлического цилиндра. Учащиеся должны соблюдать правила тех. безопасности. Аккуратно работать с оборудованием.
Приборы и материалы: металлический цилиндр на нити, стакан с горячей и стакан с холодной водой, термометр, весы, калориметр. Во многих опытах по изучению тепловых явлений применяют калориметр – устройство, состоящее из двух сосудов (стаканов), размещенных один в другом и разделенных воздушной прослойкой.
1. Налить в калориметр воду массой 100 – 150 г комнатной темп6ературы. Измеряем ее температуру.
2. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру, она будет равняться температуре цилиндра ( эта температура и будет начальной температурой цилиндра), т. к. через определенное время температура воды и цилиндра сравняются.
Вывод: Сделайте вывод, в котором укажите, какую физическую величину вы сегодня определяли, какой результат получили, какие факторы могли повлиять на точность полученного результата. Запишите физический смысл определяемой величины.
Вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра . Экспериментально полученное значение несколько меньше полученного из таблицы. С чем это связано?
4. Закрепление изученного материала.
1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?
2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?
3. Предложите свою методику измерения удельной теплоемкости жидкости.
5. Рефлексия. Ч ему вы сегодня научились на уроке и что узнали нового?
Лабораторная работа "Измерение удельной теплоемкости твердого тела"
Должны знать\уметь: знать понятия количества теплоты и от чего зависит данная величина, физический смысл понятия удельной теплоемкости вещества, научится определять удельную теплоемкость твердого тела
- Что такое температура?
- Еденицы измерения?
- Что такое внутрення энергия?
- От чего зависит внутрення энергия?
- Одинаковы ли понятия механическая и внутреняя энергия?
- Как можно изменить внутреннюю энергию? – совершением работы и теплопередачей.
- Что такое теплопередача? Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
- Указанные процессы делятся на три вида, на какие?
- Что такое теплопроводность? Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.
- Обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания? - В пористых кирпичах есть поры, заполненные воздухом.
- Что такое количество теплоты? Количество теплоты – это физическая велична, значение которой рано энергии получаемой или отдаваемой телом в процессе теплопередачи.
- Обозначается Q, [Q]=[Дж]. Кроме Джоуля, который является единицей СИ, используется ещё одна единица измерения количества теплоты – калория (переводится как «жар», «тепло»).
- Формула Q= cm △ t
- Что такое с? Удельная теплоемкость показывает сколько количества тепла необходимо передать веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1°С.
- Уравнение теплового баланса? Если мы говорим о системе тел, одно из которых отдает тепло, а другое получает, то вводится уравнение теплового баланса.
Суммарное количество теплоты, отданное более нагретыми теломи системе равно суммарному количеству теплоты, полученное менее нагретыми телами этой системы или Q1 = Q2
Тема сегодняшнего занятия посвящена тому, каким образом можно определить удельную теплоемкость вещества опытным путем, т. е. на практике. Конкретно, мы рассмотрим определение теплоемкости на примере твердого тела – металлического цилиндра.
Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра.
Приборы и материалы: металлический цилиндр на нити, стакан с горячей и стакан с холодной водой, термометр, весы, калориметр.
Рис. 1. Металлический цилиндр Рис. 2. Стакан с водой Рис. 3. Термометр
Рис. 4. Весы Рис. 5. Калориметр
1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру, она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температура воды и цилиндра сравняются.
2. Затем наливаем в калориметр холодную воду и измеряем ее температуру.
3. После этого помещаем привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измеряем установившуюся в результате теплообмена температуру.
Обработка данных и вычисление результата:
Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен.
Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды количество теплоты:
удельная теплоемкость воды (табличная величина), ;
масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг;
конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;
начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, o .
Для остывания металлического цилиндра количество теплоты:
удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), ;
масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг;
температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;
конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o .
Замечание . В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.
Как было указано ранее, из-за процесса теплообмена между холодной водой и металлическим цилиндром их количества теплоты равны:
Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:
Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем, проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:
Вывод: вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра .
Сегодня мы рассмотрели методику проведения лабораторной работы по измерению удельной теплоемкости твердого тела. На следующем уроке мы поговорим о выделении энергии при сгорании топлива.
III. Закрепление изученных ЗУНОв
1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?
2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?
Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра при теплообмене с водой. Приборы и материалы: калориметр, мензурка (измерительный. - презентация
Презентация на тему: " Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра при теплообмене с водой. Приборы и материалы: калориметр, мензурка (измерительный." — Транскрипт:
2 Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра при теплообмене с водой. Приборы и материалы: калориметр, мензурка (измерительный цилиндр) с холодной водой, термометр, весы, гири, тело (металлический цилиндр на нити), сосуд (стакан) с горячей водой, промокательная бумага (салфетка).
3 Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания учителя. Не приступайте к выполнению работы без разрешения учителя. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность. Проверьте целостность стеклянной посуды, не ставьте ее на край стола. Соблюдайте осторожность при работе с горячей водой. Если все же произошел «форс - можор», осколки стекла нельзя стряхивать со стола руками, сметайте их щеткой. Попавшую воду на стол соберите салфеткой. Обратитесь за помощью к учителю или лаборанту. Перед проведением работы проверьте наличие в комплекте весов всех разновесов; в случае их нехватки сообщи об этом учителю. Инструкция по технике безопасности при выполнении лабораторной работы
4 m тела = ……… Соберите весы, для чего вкрутите в корпус коробки стержень с резьбой, наденьте на него коромысло и прицепите на него чашечки весов. Затем отрегулируйте весы, для чего на чашку весов кладите кусочки бумаги до тех пор, пока весы не придут в равновесие. Определите массу тела (цилиндра).
5 Налейте в калориметр воду 100 – 150 г комнатной температуры.
6 Измерьте термометром температуру воды в калориметре. t 1 = t воды начальная = ………
7 Опустите тело (цилинлр) в стакан с горячей водой. Вставьте в этот стакан также и термометр и, выждав с минуту, измерьте температуру горячей воды с телом. Запишите результат в тетрадь. t 2 = t тела начальная = ………
8 Перенесите нагретое тело (цилиндр) в калориметр с холодной водой. Вставьте в этот стакан также и термометр и, помешивая им воду, дождись остановки повышения температуры (это длится не более минуты). Измерьте новую температуру воды и тела в калориметре. Запишите результат в тетрадь. t = t воды конечная = t тела конечная = ………
9 Запишите выражение для расчета количеств теплоты, которые отдает тело (цилиндр) и получает вода. Q тела = с тела m тела (t 2 – t) Q воды = с воды m воды (t – t 1 ) с тела m тела (t 2 – t) = с воды m воды (t – t 1 ) Теперь вычислите неизвестную удельную теплоемкость тела ( c тела ). Для этого можно воспользоваться тем, что вода получила тепло от тела, следовательно, тепло, полученное водой, примерно равно теплу, отданному телом. Q воды = Q тела Отсюда можно вычислите неизвестную удельную теплоемкость тела. с тела = с воды m воды (t – t 1 ) / m тела (t 2 – t)
10 Твердое тело Удельная теплоемкость, кДж / (кг · °С), при t=20 0 С Алюминий 0,92 Вольфрам0,15 Дерево (сосна) 2,7 Железо0,46 Золото0,13 Кирпич0,85 Латунь0,38 Лед2,1 (t=0 0 C) Медь0,38 Мрамор0,92 (t=0 0 C) Никель0,5 Твердое тело Удельная теплоемкость, кДж / (кг · °С), при t=20 0 С Олово0,25 Оргстекло- Парафин2,89 Пробка2,05 Свинец0,14 Серебро0,25 Сталь0,46 Стекло оконное 0,67 Цинк0,4 Чугун0,54 Из какого вещества сделано тело (цилиндр)? Сравните результат с табличными значениями удельной теплоемкости. Наверное, есть погрешность в выполнении работы. A = a + a, где А – измеряемая величина; а – результат измерений; a – погрешность измерений. Запишите значение удельной теплоемкости тела (цилиндра) с учетом погрешности измерения.
11 Не забудьте оформить таблицу с результатами измерений. Масса воды в калориметре m воды, кг Начальная температура воды t 1, °C Масса тела (цилиндра) m тела,кг Начальная температура тела (цилиндра) t 2, °C Общая температура воды и тела (цилиндра) t, °C Сформулируйте вывод ( какой металл использовался в работе и какова его удельная теплоемкость по результатам измерений с учетом абсолютной погрешности измерений) и запишите в тетрадь. Оформите в тетради для лабораторных работ все записи по выполнению лабораторной работы согласно рекомендациям по оформлению лабораторных работ по физике.
12 § 7 – 9 повторить. 1027,1028,1030* (Л). 12 * Для желающих учащихся: ПРЕЗЕНТАЦИЯ «Виды топлива».
13 Презентация Лабораторная работа 2. Измерение удельной теплоемкости твердого тела» не заменяет на уроке лабораторную работу, которую выполняют учащиеся самостоятельно. Главная цель использования презентации – напомнить учащимся алгоритм выполнения и оформления лабораторной работы. Зрительное восприятие дополнительно формирует (закрепляет) навыки выполнения лабораторной работы на уроке и носит мотивационный характер. Презентация разработана в программе Microsoft Offic PowerPoint с применением анимации (предусмотрена возможность показа динамических моделей, опытов). Все анимации, рисунки, таблицы, схемы и др. выполнены автором.
Читайте также: