Физика за чайным столом

"Физика за чайным столом"

внеклассное мероприятие по физике 8-й класс.

Цель мероприятия: обобщение и углубление знаний, полученных при изучении тем “Тепловые явления” и “Изменение агрегатных состояний вещества”, воспитание культуры общения друг с другом, ответственность за выполнение своей работы перед товарищами, развитие интереса к предмету, формирование умения взглянуть на изучаемые явления под другим углом зрения.

Задачи мероприятия:

Образовательная: обобщить, закрепить и углубить знания, полученные при изучении тем “Тепловые явления”, “Изменение агрегатных состояний вещества”. Продолжить формирование умений работать с физическими приборами и ставить опыты.

Развивающие: развитие интереса к предмету, развитие мышления, научного интереса к окружающему миру, умение формулировать свою мысль, правильно ставить вопрос, быстро принимать решения, формирование умения взглянуть на изучаемые явления под другим углом зрения.

Воспитательные: развить эмоционально-ценностное отношение к предмету, учителю и друг к другу, развить научное миропонимание. Для обеспечения политехнической и экологической направленности урока убедить учащихся в практической важности знаний о “Тепловых явлениях” и “Изменение агрегатных состояний вещества”. Содействовать формированию умения придти на помощь товарищу.

Ход мероприятия

Ритуалу чаепития посвящены восточные трактаты. Однако, посмотрев на этот процесс под особым углом зрения, мы найдем в нем множество интересных физических явлений, объяснения которым нет даже в самом толстом трактате. Сегодня мы обратим пристальное внимание на такие явления и попытаемся объяснить их. Работать будем по группам. Каждая группа участвует в трех конкурсах:

“Пока чайник закипает”– 5 баллов;
“Опыт” – 5 баллов;
“Эстафета” – 4 балла.

Все ваши ответы будут оценены нашими жюри. В первых двух конкурсах каждая группа может дополнять ответы и поправлять их, получая при этом балл дополнительно, для своей группы.

Конкурс “Пока чайник закипает”

1. Какой чайник быстрее закипит: с открытой или закрытой крышкой?

Ответ: быстрее закипит чайник с закрытой крышкой, т.к. из чайника с открытой крышкой в процессе нагревания уходят в воздух наиболее быстрые молекулы, унося с собой энергию и как бы охлаждая оставшуюся в чайнике воду. Нагревателю в этом случае “требуется” не только довести воду до кипения, но и ещё её часть испарить.

2. Почему перед закипанием чайник шумит?

В воде есть растворенный воздух, который при нагревании образует мелкие пузырьки. В этих пузырьках собирается водяной пар. Под действием архимедовой силы пузырьки всплывают, попадая при этом в еще не прогретые слои воды. Водяной пар в пузырьках конденсируется, пузырьки “схлопываются” или сильно сжимаются, и в жидкости распространяется звуковой импульс. Одновременное схлопывание большого числа таких пузырьков воспринимается как шум.

3. Что сильнее обжигает: 100-градусовый пар или кипяток?

Если имеем пар 100-градусный, и некоторая его масса сконденсируется на руке, то выделится Q=mL + mC(t_100°-t_кип). Для того же теплового воздействия понадобится почти в 10раз больше кипятка. При охлаждении кипятка выделяется Q = mC(t_100°-t_кип). Пар обжигает сильнее. Так же при ожоге паром площадь ожога больше.

4. Чайник закипает. Приготовим сосуды для чая. Какова форма сосудов? Почему удобна для чаепития пиала? Когда вошли в обиход стаканы и хороши ли серебро и алюминий в качестве материала для подстаканников?

Сосуды и старинные чашки для чая имеют форму, подобную пиале, с большим зеркалом поверхности, т.е. форма пиалы такова, что верхний слой налитой в нее жидкости благодаря большой площади свободной поверхности жидкости остывает быстрее, чем слои у дна, и его можно пить, не обжигаясь. Известно, что чем больше площадь свободной поверхности жидкости, тем больше скорость испарения, а при испарении поверхность жидкости покидают в первую очередь молекулы с большей энергией, и верхний слой жидкости в пиале остывает быстрее.

Стаканы вошли в обиход в 19 веке в связи с дороговизной фарфора и чашек из него. Серебро и алюминий обладают хорошей теплопроводностью и с той точки зрения неудобны, так как быстро нагреваются от чая и быстро отдают тепло в окружающую среду.

5. Какие правила заварки чая вы знаете, какие физические явления происходят при заварке и после, когда в чай добавляют сахар?

1. Воду для чая надо снимать с огня в тот момент, когда она закипит “белым ключом”, то и совершенно побелеет от массы бегущих со дна пузырьков, но ещё не успеет забурлить. В передержанном на огне кипятке разрушается чайный букет.

2. Вкус чая зависит от температуры, при которой он заварен. Чем выше температура в момент заварки, тем чай вкуснее, его букет более полный, поэтому перед заваркой чайник Один-два раза в час ополаскивают кипятком. Однако перегревать его не надо – от этого чай горчит.

3. Лучше использовать чайник из фарфора, а не из металла. Фарфоровый чайник обладает меньшей теплопроводностью, поэтому остывает медленней и лучше сохраняет тепло.

4. Черного чая следует брать полную (с верхом) чайную ложку, т.е. два-три грамма на два стакана кипятка. Всыпав чай, в чайник наливают кипяток, закрывают крышкой и укутывают грелкой, чтобы она закрывала отверстие на носике и крышке. Это нужно в основном не для тепла (чай преть не должен), а для уменьшения утечки с паром ароматических веществ. Наполнять чайник можно сразу доверху.

5. Настаивать чай нужно четыре-пять минут. Все ароматические вещества и экстракты переходят за это время в настой. Долго настаивать чай не следует - в него попадают и вредные вещества(алкалоид гуанин), ухудшается вкус, теряется аромат.

При заварке происходит диффузия в жидкостях и в газах.

Конкурс“Опыт”

Опыт: блюдце с кипятком, стакан.

В блюдце наливаем кипяток и ставим туда стакан вверх дном. Вода из блюдца поднимается в стакан. Объясните явление.

Пар в стакане над кипятком охлаждается и конденсируется, давление внутри стакана падает, и атмосферное давление загоняет воду в стакан.

Опыт: кипятим воду в бумажной коробке. Почему бумага не горит?

Пока вода кипит, температура бумаги не поднимается выше 100⁰ C, а бумага при такой температуре не загорается. Кипящая вода отнимает у нее лишнее тепло.

Опыт: размешиваем чай с песком в стакане. Как движутся чаинки при размешивании ложкой и почему?

Пока мы мешаем чай ложкой, мы поддерживаем вращение жидкости. Но если вынуть ложку из стакана, то вследствие трения между отдельными слоями жидкости и трения о стенки стакана жидкость постепенно останавливается. При этом внутри жидкости возникают вихревые потоки, направление которых показано на рисунке:

Их происхождение связано с неодинаковым торможением жидкости у дна стакана и вблизи свободной поверхности. На глубине вследствие большого трения о дно стакана жидкость тормозится сильнее, чем у поверхности, по этому у частичек жидкости, находящихся на одинаковых расстояниях от оси вращения, оказываются разные скорости- чем ближе ко дну стакана, тем меньше. Попадая в вихревые потоки, чаинки постепенно собираются в центре на дне стакана.

Опыт: Поместим стеклянную банку над носиком кипящего чайника. Банка запотевает и через некоторое время нагревается. Объясните наблюдаемое явление. Где оно применяется?

На внутренней поверхности банки появляются мелкие капельки воды из-за конденсации пара на более холодном, чем чайник, стекле. Банка нагревается потому, что при конденсации пара выделяется энергия. Конденсация выделенного пара используется в конденсаторах паровых установок, опреснителях воды, дистилляторах и др. А нагревание, которым сопровождается конденсация, применяется в быту для стерилизации банок.

Опыт: Два термометра. Шарик первого погружен в чашку с водой, а шарик второго расположен над водой, но остается влажным, так как обернут марлей, конец которой погружен в ту же чашку. Почему второй термометр показывает более низкую температуру?

Благодаря рыхлому плетения марля имеет большую наружную поверхность, что способствует усиленному испарению воды. При испарении жидкость покидают молекулы, обладающие большей скоростью и энергией, следовательно, происходит уменьшение энергии остающейся в марле жидкости, а при уменьшении энергии жидкости понижается температура. Вследствие охлаждения марлевого чехла охладится и шарик термометра и спирт (ртуть) в нем. Спирт (ртуть) сожмется и займет меньший объем. Следовательно, термометр с мокрым марлевым чехлом, расположенным над водой, покажет более низкую температуру.

А теперь, пока жюри подводит итоги двух конкурсов, начнем чаепитие.

Слово предоставляется жюри.

А теперь наступило время последнего конкурса “эстафета”. Вопросы этого конкурса:

1.

а) Внутренняя энергия – это…
б) Удельная теплота парообразования – это…
в) В каких единицах измеряется удельная теплота плавления?

2.

а) Конвекция – это…
б) Удельная теплоёмкость вещества – это…
в) В каких единицах измеряется удельная теплота парообразования?

3.

а) Лучистый теплообмен – это…
б) Удельная теплота правления – это…
в) В каких единицах измеряется удельная теплоемкость вещества?

4.

а) Теплопроводность – это…
б) При плавлении кристаллов их температура не меняется. На что же расходуется подводимое тепло?
в) В каких единицах измеряется количество теплоты?

5.

а) Что такое количество теплоты?
б) На что расходуется теплота парообразования?
в) Какие материалы используются в качестве теплоизоляторов? Приведите примеры.

Итак, мы продолжаем чаепитие, а жюри подводит итоги конкурса “эстафета” и общий итог нашего чаепития. Вы сдайте жюри свои папки, в которых помещены материалы вашей работы. Они тоже будут оценены жюри, и за их оформление добавляется 1-2 балла.

А теперь предоставляем слово жюри. Итак, мы увидели сегодня, как наука физика помогает ясно и четко отвечать на вопросы и объяснять явления, связанные с чаепитием.

Благодарю всех за участие.

Литература:

1. Учебник “Физика и астрономия” под редакцией А. А. Пинского, В. Г. Разумовского.

2. Б. Ф. Балимович “Физические викторины”

3. Л. Гальперштейн “Здравствуй физика”

4. М. Д. Давиташвили “Наш друг чай”