Решение задач на тепловые процессы

Конспект урока по физике
Класс: 8
Тема: Решение задач на тепловые процессы

Цели урока:

- Образовательные: закрепить знания учащихся о тепловых процессах и их графическом изображении, развить умение решать комплексные задачи.
- Развивающие: формировать навыки логического мышления и последовательности действий при решении задач.
- Воспитательные: воспитать внимание к деталям и ответственность при выполнении заданий.

Оборудование:

- Графический планшет или доска для построения графика.
- Таблицы с удельной теплоёмкостью, удельной теплотой плавления и парообразования.
- Калькуляторы.

План урока:

I. Организационный момент (3 мин)

1. Приветствие учащихся.
2. Проверка готовности к уроку.

II. Актуализация знаний (7 мин)

- Напомнить основные формулы тепловых процессов:
- Q = cmΔt (нагрев/охлаждение).
- Q = λm (плавление/кристаллизация).
- Q = rm (парообразование/конденсация).
- Объяснить, что КПД определяется формулой:
η = (Q_п / Q_з) * 100%

III. Постановка цели урока (5 мин)

- Сегодня мы решаем комплексную задачу, которая включает несколько тепловых процессов.
- Построим график, чтобы наглядно понять последовательность процессов.

IV. Постановка задачи и построение графика (10 мин)

Задача:
Сколько каменного угля нужно сжечь, чтобы превратить в пар 5 кг льда, взятого при температуре -10°C, если считать, что КПД твёрдотопливной печи 60%?

Построение графика тепловых процессов:
1. Лёд нагревается от -10°C до 0°C.
2. Лёд плавится при температуре 0°C.
3. Вода нагревается от 0°C до 100°C.
4. Вода превращается в пар при температуре 100°C.

V. Решение задачи (15 мин)

1. Нагрев льда от -10°C до 0°C:
Q_1 = c_лmΔt
Q_1 = 2100 * 5 * 10 = 105000 Дж

2. Плавление льда:
Q_2 = λm
Q_2 = 3.3 * 10^5 * 5 = 1650000 Дж

3. Нагрев воды от 0°C до 100°C:
Q_3 = c_в mΔt
Q_3 = 4200 * 5 * 100 = 2100000 Дж

4. Парообразование воды:
Q_4 = rm
Q_4 = 2.26 * 10^6 * 5 = 11300000 Дж

5. Общая полезная энергия:
Q_полезная = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 = 15150000 Дж

6. Энергия, выделенная при сгорании угля:
η = Q_п / Q_з * 100% → Q_з = Q_п / η
Q_з = 15150000 / 0.6 = 25250000 Дж

7. Масса угля:
m_угля = Q_з / q = 25250000 / (29 * 10^6) ≈ 0.87 кг

Ответ: Для нагревания 5 кг льда до пара потребуется сжечь 0.87 кг угля.

VI. Рефлексия (5 мин)

- Как тепловые процессы связаны друг с другом?
- Почему важен КПД печи?

VII. Домашнее задание

1. Повторить основные формулы тепловых процессов.
2. Решить задачу: сколько древесины нужно сжечь (с КПД 50%), чтобы превратить в пар 3 кг воды при 20°C?