Методическая разработка урока физики в 8 классе с использованием ключевых учебных ситуаций
1. Выделите две ключевые ситуации в курсе физики 8-го класса.
2. Составьте на основе каждой из этих ключевых ситуаций задачу в трёх уровнях сложности.
3. Опишите методологию решения этих задач с учениками: приведите фрагмент урока.
1. Ключевая ситуация: сопротивление проводника
I. Актуализация знаний
1. Учащиеся отвечают на вопросы и записывают ответы в своей тетради. Затем заслушиваем ответы и отмечаем правильность их выполнения.
1) Что такое электрическое сопротивление?
2) В чем заключается причина сопротивления?
3) Какой буквой обозначается сопротивление?
4) В каких единицах измеряется сопротивление?
5) Сформулируйте и запишите закон Ома.
6) Выразите из закона Ома сопротивление.
7) Решите задачу. Сила тока в спирали электрической лампы 0,2 А при напряжении на ней 5 В. Определите сопротивление лампы.
2. Как вы думаете, зависит ли сопротивление проводника от напряжения, от силы тока?
Для ответа на этот вопрос выполняем практическую работу, в результате которой выясняем, что сопротивление R данного проводника не зависит от напряжения U, не зависит от силы тока I. Но разные проводники обладают разным сопротивление.
3. Приходим к формулировке цели урока: Выяснить, от каких величин зависит сопротивление проводника.
Учащие выдвигают свои предположения. В результате приходим к выводу, что необходимо исследовать сопротивления проводников разных геометрических размеров (длины, поперечного сечения), а также из разных металлов. Выполняем проверку выдвинутых гипотез:
собирается электрическая цепь, состоящая из источника тока, реостата, вольтметра, амперметра, ключа и четырёх разных проводников, которые поочерёдно подключаются в цепь.
II. 1. Проведем опыт. ( На демонстрационном столе подготовлены приборы.)
В собранной установке включают поочередно в электрическую цепь различные проводники (длину проводника и площадь поперечного сечения берем в сравнении больше-меньше) и результаты измерений записывают в таблицу:
Посчитайте и заполните колонку сопротивления по формуле R=U/I
1) Исследуем зависимость сопротивления R от длины l: (проводники разной длины)
Делаем вывод: При увеличении длины проводника его сопротивление____________________
2) Исследуем зависимость сопротивления R от площади поперечного сечения проводника S: (проводники разной площади поперечного сечения)
Делаем вывод: При увеличении площади поперечного сечения проводника его сопротивление____________________
3) Исследуем зависимость сопротивления R от вещества (материала) проводника S: (проводники из разного материала)
Делаем вывод: При изменении вещества (материала) проводника его сопротивление____________________
2. Делаем общий вывод: сопротивление проводника зависит от материала проводника, прямо пропорционально __________________ и обратно пропорционально _____________________
Вводим величину, характеризующую электрические свойства проводника длиной 1 м площадью поперечного сечения 1мм2 ( 1 м2). Называем ее удельное сопротивление проводника и обозначаем буквой греческого алфавита ρ
R = ρ •
L – длина проводника, S – площадь поперечного сечения проводника
Удельное сопротивление проводника определяется опытным путем и рассчитывается по формуле ρ = R •
[ ρ ] = Ом•м Удобнее выражать так: [ ρ ] = Ом•
С учащимися отмечаем, что, пользуясь полученной формулой, можно ответить на вопросы: Чему будут равны длина проводника l ? площадь его сечения S?
(l = R • ; S = ρ )
3. Работаем с таблицей 8 на странице 105 (А. В. Перышкин, ФИЗИКА, 8 класс).
4. Разбираем качественные задачи, например:
1. Почему для изготовления электрических проводов применяют обычно медную или алюминиевую проволоку? ( Удельное сопротивление меди и алюминия малó. Медь и алюминий являются хорошими проводниками.)
С какой целью рельсы электрифицированных железных дорог на стыках соединяют жгутами из толстой медной проволоки? (Для уменьшения сопротивления стыка рельсов и замыкания электрической цепи.)
Почему молния, проходящая через дерево, может отклониться и пройти через человека, стоящего возле дерева? (Электрический ток проходит преимущественно по участку цепи с меньшим сопротивлением. Если тело человека окажется лучшим проводником, то электрический ток пройдет через него, а не через дерево.)
5. Рассматриваем решение расчетных задач.
Задача 1 (устно)
Каково сопротивление медного провода длиной 1 метр площадью поперечного сечения 1 мм2?
Задача 2 (решаем на доске и в тетрадях)
При устройстве молниеотвода использовали железный провод сечением 35 мм2 и длиной 25 м. Определите его сопротивление.
Задача3
Имеются две медные проволоки одинаковой длины. У одной площадь поперечного сечения
1 мм2, а у другой – 5 мм2. У какой проволоки сопротивление меньше и во сколько раз? (Решение этой задачи учимся оформлять письменно, т.к. у учащихся подобные задачи вызывают затруднение - они не решаются "стандартно" по формуле.)
Задача 4 (С учащимися обсуждаем возможные пути решения. Приходим к выводу, что надо вспомнить формулу для определения объема цилиндра. В результате получаем не просто расчетные формулы, а два уравнения с двумя неизвестными l и S . Удобным для себя способом учащиеся ищут решение. Затем обсуждаем наиболее "удобный и экономный" подход к решению задачи.)
Сопротивление медной проволоки R = 1 Ом, ее масса m = 1 кг. Какова длина l проволоки? Площадь S ее поперечного сечения?
Дано: Решение
R = 1 Ом Сопротивление проволоки R = ρуд •
m = 1 кг Масса медной проволоки m = ρ V = ρ l S.
ρуд = 0,017 Ом• Решаем систему двух уравнений.
ρ = 8900 1) Перемножим почленно эти уравнения: R· m = ρуд • ·ρ · l ·S.
l - ? Отсюда находим: l =
S -?
2) Разделим второе уравнение на первое: m ρ l S.
R ρуд •
Находим, что площадь поперечного сечения проволоки S =
Подставив численные значения величин, получаем: l =81,3 м, S =1,38 мм2.
Ответ: l =81,3 м, S =1,38 мм2.
В качестве серьезного домашнего задания можно предложить такие задачи (Даже в не очень сильном классе находятся 2-3 ученика, попытавшиеся решить хотя бы одну задачу!)
Я их называю иногда СЕРЬЕЗНЫЕ ЗАДАЧИ.
1. Допустимый ток для изолированного медного провода площадью поперечного сечения 1 мм2при продолжительной работе равен 11 А. Сколько метров такой проволоки можно включить в сеть с напряжением 110 В? (Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгарт И.М Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. № 23.12)
2. Как изменится сопротивление материала, из которого изготовлена проволока длиной 2 м и площадью поперечного сечения 4 мм2, если ее расплавить и из расплавленного металла отлить кубик? (Марон А.Е., Позойский С.В., Марон Е.А. Сборник вопросов и задач по физике для 7-9 кл. №1563)
2. Ключевая ситуация: ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА
I. Повторение
Какие виды энергии вы знаете?
Что называется внутренней энергией?
Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?
Как можно рассчитать изменение внутренней энергии при теплопередаче?
II. Работа по изучению новой темы.
1. История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. С давних лет люди научились разжигать огонь - первый самостоятельно добытый источник энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для обогрева жилища, для приготовления еды, при изготовлении из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов. Эту энергию получали при сжигании топлива. Умение получить огонь - заметная веха в истории цивилизации.
(Неплохо, если учащиеся подготовят сообщение или презентацию "Этапы добывания огня")
2. Что такое топливо? Топливо - это вещество, способное гореть и выделять при этом тепло.
Какие виды топлива вы знаете? Дрова, торф, уголь, нефть, нефтепродукты (бензин, керосин, мазут, солярка, дизельное топливо...) природный газ и т. д.
Учащиеся приводят примеры использования различных видов топлива в быту, на транспорте, в промышленности.
Рассматриваем коллекцию различных видов топлива (которые имеются в кабинете физики, географии)
Предлагаю провести классификацию топлива
по его агрегатному состоянию, (топливо может быть и твердым (уголь, торф, древесина, сланцы), и жидким (нефть и нефтепродукты), и газообразным (природный газ)
по его происхождению (природное (древесина, солома, торф, бурый и каменный уголь, антрацит, горючие сланцы, нефть, природный газ) и искусственное (кокс, торфяные брикеты, моторные топлива и др).
3. Выясняем, почему в результате сгорания топлива выделяется энергия, что является обязательным условием горения. Может рассказать учитель, а еще лучше, если подготовят рассказ учащиеся.
Делаем вывод. Использование топлива основано на явлении выделения энергии при соединении атомов топлива с кислородом. Все виды топлива обладают внутренней энергией, которая в них накапливалась многие годы под воздействием солнечного излучения.
Важно уметь рассчитывать энергию, которая выделяется при сгорании.
4. Каждое топливо выделяет свое количество теплоты при сгорании, поэтому вводится специальная физическая величина – удельная теплота сгорания топлива q .
Как определить, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива?
Для этого в лабораторных условиях нужно определить, какое количество теплоты выделяется при сгорании 1 кг. любого топлива. Эту величину называют удельной теплотой сгорания топлива, и обозначают q.
Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива.
.
Рассматриваем таблицу 2 на стр. 26 учебника А. В. Перышкин, ФИЗИКА, 8 класс.
Зная удельную теплоту сгорания топлива, можно легко рассчитать количество теплоты, которое выделится при сгорании этого топлива массы m. Чем больше масса сгораемого топлива, тем больше выделяемое количество теплоты: Q = q·m
5. Учащиеся отвечают на вопросы и решают устно задачи.
В каком случае выделится больше тепла: при сгорании 1 кг бензина или 1 кг природного газа? Почему?
Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 1 кг каменного угля?
Задача: Какое количество теплоты выделится при сгорании 100 г нефти?
Задача: Сколько спирта нужно сжечь, чтобы получить 8,1 · 107 Дж энергии?
6. Предлагаю учащимся решить следующую задачу в тетради самостоятельно с последующей проверкой на доске.
Сколько энергии выделяется при сгорании в двигателе автобуса 50 литров бензина?
Дано: СИ Решение
V = 50 л 0,05 м3 Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива
ρ = 710 Q = q·m.
q = 4,6 ·107 Масса топлива m = ρ · V
Далее решение возможно по действиям или в общем виде.
Q - ? На доске проверяем решение задачи в общем виде.
Q = q· ρ · V.
Q = 4,6 107 · 710 ·0,05 м3 = 1633·106 Дж = 1633 МДж
Ответ: Q = 1633 МДж.
7. Как вы думаете, почему на практике для нагревания такой же массы воды на такое же число градусов требуется значительно больше топлива?
(Приходим к выводу о том, что всегда есть потери энергии при передаче тепла от топлива нагреваемому телу (веществу), поэтому вводится понятие: КПД -коэффициент полезного действия). В данном случае сравнивают количество теплоты, выделенное при сгорании топлива и количество теплоты, полученное нагреваемым телом.
Рассматриваем следующую задачу.
Определите массу керосина, сгоревшего при нагревании 3 кг воды от 10°C до кипения, если КПД керосинки 40%.
Дано: Решение.
mв = 3 кг Для нагревания воды необходимо количество теплоты
t1 = 10°C Qв = св mв( t2 - t1).
с в= 4200 При сгорании керосина выделяется количество теплоты
q к = 4,6 107 Qк = qк·mк .
КПД = 0,4 Qв св mв( t2 - t1) св mв( t2 - t1)
КПД = = . Откуда mк =
mк - ? Qк q·mк КПД · qк
·кг · °C
Проверяем единицы измерения: mк = = кг
4200·3·(100 - 10)
Вычисляем: = = 6,163·10-2 (кг) = 0,06163 (кг).
0,4 · 46 ·10 7
Ответ: mк = 0,06163 кг ≈ 62 г.
Предлагаю дома рассмотреть задачи.
1. Объясните, почему при помощи одной спички древесную лучину зажечь можно, а крупное полено нельзя. (Энергии горящей спички недостаточно, чтобы нагреть конец толстого полена до температуры его возгорания, так как поступающее от спички тепло распространяется по всему полену.)
2. Почему порох невыгодно использовать как топливо, а в артиллерийских орудиях бензином его заменить нельзя? (Порох в отличие от бензина имеет меньшую удельную теплоту сгорания. Однако скорость его сгорания достаточно большая. Вся энергия пороха выделяется в тысячные доли секунды.)
3. Когда автомобиль расходует больше горючего: при движении без остановок или с остановками? (При остановке кинетическая энергия автомобиля превращается во внутреннюю энергию тормозных колодок, шин и других узлов (они нагреваются). Чтобы после остановки приобрести необходимую скорость, а следовательно, и кинетическую энергию, в двигателе должно быть израсходовано некоторое количество горючего. поэтому при движении с остановками автомобилю требуется больше горючего.)
4. Сколько воды можно нагреть от 20°С до кипения, если бы все тепло, выделенное при сгорании 840г каменного угля, пошло только на нагрев воды?
