Проектная задача по физике «Тепловая ёмкость»
Возрастная категория: 8 класс
Тема проектной задачи: Удельная теплоёмкость.
Паспорт проектной задачи
Компонент | Содержание |
Тип проектной задачи (нужное подчеркнуть) | Монопредметная или межпредметная; одновозрастная или разновозрастная; возраст, на который рассчитана проектная задача: 8 класс |
Стратегия решения проектной задачи (нужное подчеркнуть) | 1.Последовательность выполнения заданий жестко регламентирована. 2. Задания напрямую не связаны друг с другом, их выполнение возможно в любой последовательности. 3. Требуемая последовательность скрыта и должна быть определена самими учениками по ходу выполнения заданий. |
Место проектной задачи в образовательном процессе | Методическая разработка используется для учеников 8 класса в I учебной четверти при изучении тем «Удельная теплоёмкость», «Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении». Примерное количество уроков для выполнения задачи – 2. |
Предметные знания и умения | использование известных формул для вычисления удельной теплоемкости вещества, а также количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении; владение терминологией и знание буквенных обозначений физических величин; знание единиц измерения физических величин, а также им дольных и кратных; умение приводить все единицы измерения физических величин к международной системе; знаний и умений при проведении лабораторных опытов; знаний техники безопасности при проведении лабораторных опытов; использование навыка определения массы тела на рычажных весах и определение температуры тела термометром; владение способом сбора исследовательских данных; умение производить вычислительные действия; умение находить оптимальный вариант решения; умение моделировать различными способами и методами (чертежи, схемы, таблицы); взаимодействие в группе: организация выполнения заданий и их распределение между членами группы, сотрудничество и взаимовыручка в ходе решения заданий, взаимоконтроль. |
Метапредметные учебные действия | Метапредметные полностью согласуются с дидактическими целями: умение самостоятельно определять цели и составлять порядок действий; умение эффективно общаться и сотрудничать с одногруппниками по совместной деятельности; владение знаниями в области исследовательской и проектной деятельности; стремление и способность к информационной деятельности; умение организовать логическое доказательство; умение применять, создавать и реконструировать различные символьные записи, схемы и преобразовывать их для решения когнитивных и учебных задач в различных предметных сферах, исследовательской и проектной деятельности |
Дидактические цели (педагогический результат) | Представление учащимися: усвоения предметного материала и возможностей применять его в своеобразных условиях; умения в сотрудничестве с группой единомышленников, создать конечный «продукт» - подготовить «Таблицу удельных теплоёмкостей» для различных веществ; привести соответствующие пояснения. |
Критерии оценивания | Особенность задачи в том, что для нахождения удельной теплоёмкости твердых тел учащиеся должны вспомнить тот факт, что при теплообмене внутренняя энергия нагревающихся тел увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел. Прежде чем приступить к работе ученики должны определиться с порядком проведения опытов. Поэтому оценка решения должна охватывать множество критериев, начиная от отдельных частей проведения испытаний и выполнения вычислительных действий, заканчивая умениями рассматривать различные варианты выводов и выбирать среди них оптимальный. В таких условиях, крайне серьезным становится этап обсуждения полученных результатов. На обсуждение результатов выносится таблица «Удельная теплоёмкость веществ» и объяснение предлагаемого выбора. А также владение необходимыми предметными знаниями. Оценка сотрудничества учащихся внутри группы осуществляется с помощью колеса самооценки, в котором указываются распределение работы между учащимися внутри группы, организация дискуссий, взаимодействие учащихся в ходе работы, а также устанавливается, в какой степени организация работы внутри группы повлияла на полученный результат. |
Замысел проектной задачи.
Проектная задача «Тепловая ёмкость» охватывает такие темы курса физики 7 класса, как «Масса тела. Измерение массы на весах» и 8 класса – «Количество теплоты. Единицы количества теплоты», «Удельная теплоемкость», «Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении» связанные с измерением таких величин как масса, температура тела и вычисление удельной теплоёмкости вещества по полученным данным; при выполнении одного из заданий опытной части учащиеся применят знания темы «Определение цены деления измерительного прибора». При выполнении математических расчетов учащиеся продемонстрируют навыки в области вычисления обыкновенных и десятичных дробей, навыки в области решения уравнений.
Ученикам предстоит взять на себя роль лаборантов-исследователей, которым необходимо создать таблицу удельной теплоёмкости некоторых веществ. Для этого им необходимо предложить способ определения необходимой характеристики предоставленных тел, необходимое оборудование в лаборатории подготовлено, нужно лишь самостоятельно сформулировать условия, которые должны учитываться.
Задания построены таким образом, что в процессе их выполнения учащиеся должны обращаться к текстам и результатам других заданий и справочному материалу для получения необходимых данных.
Данная проектная задача рассчитана на участие 8-9 человек в каждой из трех групп (каждый ряд выделяется в отдельную группу), с осуществлением взаимоконтроля выполненных действий. На выполнение задачи отводится 90 минут – 2 урока. На последнем этапе работы должен быть создан конечный продукт – таблица «Удельная теплоёмкость некоторых веществ» и проведена презентация полученного продукта.
Цель, которую должны достичь дети: создать таблицу «Удельная теплоёмкость некоторых веществ», выбрать и обосновать единицы измерения в таблице. В результате работы данные всех трех групп объединяются в общую таблицу, состоящую из 15 строк.
Задание 1: Среди предложенных ниже статей выберите те, которые пригодятся вам для определения необходимых величин и осуществления расчетов в вашей лаборатории.
Статьи:
В результате теплообмена количество теплоты, которое получают нагревающиеся тела, увеличивается на столько, на сколько уменьшается количество теплоты, отводимое от остывающих тел. 
Численное моделирование процесса теплопередачи необходимо проводить в радиационно-конвективном устройстве оттаивания.
Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, следует удельную теплоёмкость умножить на массу тела и на разность между конечной и начальной температурами. 
Калория – это энергия, которую необходимо передать воде, чтобы единицу массы воды нагреть на единицу температуры.
Теплообменник - это устройство, используемое для передачи тепла между двумя или более жидкостями. Жидкости могут быть однофазными или двухфазными и, в зависимости от типа теплообменника, могут быть разделены или находятся в непосредственном контакте. Устройства, использующие источники энергии, такие как выводы ядерного топлива или нагреватели, обычно не рассматриваются в качестве теплообменников, хотя многие принципы, используемые в их конструкции, одинаковы.
Удельную теплоёмкость измеряют в 
, реже используют кратную единицу 
,, которая не является единицей СИ.
Вода имеет большую теплоемкость чем воздух. Вода очень медленно нагревается, именно поэтому весной и даже в начале лета вода все еще очень холодная, в то время как температура воздуха может быть даже 30 °C. Это свойство воды помогает нашей планете поддерживать умеренные температуры.
Очевидно, что точность, которая описывает, насколько близко измеренное значение приближается к его истинному значению, имеет жизненно важное значение во всех научных начинаниях. Это верно не только для наиболее очевидных в данный момент причин, таких как необходимость знать температуру снаружи для того, чтобы одеваться должным образом, но и потому, что неточные измерения сегодня приводят к накоплению неточных данных в долгосрочной перспективе. Если данные о погоде, которые собраны прямо сейчас, неверны, то климатические данные, которые рассчитаны для 2020 года, также будут неправильными.
Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 °С, называется удельной теплоёмкостью вещества.
Удельная теплоёмкость обозначается с и может быть вычислена по формуле 
.
Комментарий к заданию 1.
На данном этапе учащиеся демонстрируют навыки работы с предложенной информацией, навыки поиска и отбора информации для выполнения поставленного задания.
В качестве решения учащиеся должны отобрать статьи № 1, 3, 6, 9, 10.
Задание 2: Лабораторная работа. В лаборатории для каждой группы представлен перечень приборов, необходимых для работы и по 5 образцов веществ, теплоёмкость которых нужно определить. Проведите опыты для определения свойств тел, которые вы будете использовать при расчетах. Все данные опытов представьте в виде таблицы.
Набор приборов для каждой группы: стакан с холодной водой, калориметр, термометр, весы с разновесами, сосуд с горячей водой.
Набор материалов для каждой группы:
1 группа: твердые тела на нити, состоящие из золота, свинца, меди, стали, кирпича;
2 группа: твердые тела на нити, состоящие из свинца, цинка, латуни, алюминия, дерева;
3 группа: твердые тела на нити, состоящие из олова, серебра, железа, чугуна, стекла.
Алгоритм проведения опыта.
Измерьте массу твердого тела.
Налейте в калориметр холодную воду, измерьте ее массу и температуру.
Нагрейте тело в горячей воде и измерьте её температуру (эта температура и будет начальной температурой тела).
Горячее тело поместите в калориметр с холодной водой и через некоторое время определите температуру воды.
Проведите опыты со всеми представленными телами и составьте таблицу для записи ваших измерений.
Комментарий к заданию 2. На данном этапе учащиеся демонстрируют умения проводить лабораторные опыты и соблюдать технику безопасности при проведении лабораторных работ. Первый опыт – определение массы тела на рычажных весах. Сложность составляет определение массы воды. Второй опыт – определение температуры воды. Особенностью опыта является то, что учащиеся должны продемонстрировать умения определять цену деления термометра, а также вспомнить понятия точности и погрешности измерений.
Решением задания может послужить заполненная таблица, следующего вида:
Название вещества | Масса воды в калориметре, m1, кг | Начальная температура воды, t1, °C | Масса твердого тела, m2, °С | Начальная температура твердого тела, t2, °C | Общая температура воды и твердого тела, t, °C |
Золото | | | | | |
Свинец | | | | | |
Медь | | | | | |
Сталь | | | | | |
Кирпич | | | | | |
Задание 3: По полученным опытным данным из задания 2 рассчитайте теплоёмкость каждого вещества. Расчеты оформите в виде отдельной задачи для каждого вещества.
Комментарий к заданию 3. На данном этапе учащиеся демонстрируют владение терминологией и знание буквенных обозначений физических величин, единиц измерения физических величин, представленных в задании 1. Также демонстрируют навыки анализа и синтеза информации для получения результата, навыки оформления физических задач.
Решением задания является пять задач для расчета теплоёмкости каждого из веществ, оформленных в соответствии с правилами.
Задание 4: Ответы всех задач из задания 3 оформите в виде таблицы теплоёмкостей, определитесь с единицами измерения удельной теплоёмкости, представленной в таблице.
Комментарий к заданию 4. На данном этапе учащиеся демонстрируют умение выбирать оптимальный вариант решения задания и владение различными средствами моделирования (чертежи, схемы, таблицы);
Решением задания является таблица «Удельная теплоёмкость некоторых веществ», представленная в следующем виде:
Вещество | Удельная теплоёмкость с, |
Золото | 130 |
Свинец | 140 |
Медь | 400 |
Сталь | 500 |
Кирпич | 880 |
Задание 5: Обменяйтесь данными таблиц между группами и объедините все данные в одну большую таблицу, содержащую удельную теплоёмкость 15 твердых веществ. Создайте таблицу в электронном варианте в текстовом редакторе, также примените цветовое оформление и опубликуйте свою коллективную работу на сайте Сalameo.com. Презентуйте свою таблицу учителю.
Комментарий к заданию 5. На данном этапе учащиеся демонстрируют умения анализа и синтеза полученной информации. Для создания готового продукта проявляют творческие способности. Презентация готовой работы показывает уровень владения коммуникативной составляющей.
Содержание проектной задачи
Ребята, изучая тему «Удельная теплоёмкость веществ» мы говорили, что теплоёмкость всех веществ уже давно посчитана учеными-лаборантами и является табличной величиной. Посмотрите в учебник, и вы увидите данную таблицу. Над её созданием потрудилось много людей.
Как вы думаете, с чего начиналась работа ученых над таблицей?
Вам предлагается самостоятельно разработать таблицу «Удельная теплоёмкость некоторых веществ», подобрать первоначальные сведения, необходимые для проведения опытов и расчетов, а затем все полученные данные собрать в таблицу.
Задание 1: Среди предложенных ниже статей выберите те, которые пригодятся вам для определения необходимых величин и осуществления расчетов в вашей лаборатории.
Статьи:
В результате теплообмена количество теплоты, которое получают нагревающиеся тела, увеличивается на столько, на сколько уменьшается количество теплоты, отводимое от остывающих тел.
Численное моделирование процесса теплопередачи необходимо проводить в радиационно-конвективном устройстве оттаивания.
Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, следует удельную теплоёмкость умножить на массу тела и на разность между конечной и начальной температурами.
Калория – это энергия, которую необходимо передать воде, чтобы единицу массы воды нагреть на единицу температуры.
Теплообменник - это устройство, используемое для передачи тепла между двумя или более жидкостями. Жидкости могут быть однофазными или двухфазными и, в зависимости от типа теплообменника, могут быть разделены или находятся в непосредственном контакте. Устройства, использующие источники энергии, такие как выводы ядерного топлива или нагреватели, обычно не рассматриваются в качестве теплообменников, хотя многие принципы, используемые в их конструкции, одинаковы.
Удельную теплоёмкость измеряют в , реже используют кратную единицу ,, которая не является единицей СИ.
Вода имеет большую теплоемкость чем воздух. Вода очень медленно нагревается, именно поэтому весной и даже в начале лета вода все еще очень холодная, в то время как температура воздуха может быть даже 30 °C. Это свойство воды помогает нашей планете поддерживать умеренные температуры.
Очевидно, что точность, которая описывает, насколько близко измеренное значение приближается к его истинному значению, имеет жизненно важное значение во всех научных начинаниях. Это верно не только для наиболее очевидных в данный момент причин, таких как необходимость знать температуру снаружи для того, чтобы одеваться должным образом, но и потому, что неточные измерения сегодня приводят к накоплению неточных данных в долгосрочной перспективе. Если данные о погоде, которые собраны прямо сейчас, неверны, то климатические данные, которые рассчитаны для 2020 года, также будут неправильными.
Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 °С, называется удельной теплоёмкостью вещества.
Удельная теплоёмкость обозначается с и может быть вычислена по формуле .
Задание 2: Опытная часть. В лаборатории для каждой группы представлен перечень приборов, необходимых для работы и по 5 образцов веществ, теплоёмкость которых нужно определить. Проведите опыты для определения свойств тел, которые вы будете использовать при расчетах. Все данные опытов представьте в виде таблицы.
Набор приборов для каждой группы: стакан с холодной водой, калориметр, термометр, весы с разновесами, сосуд с горячей водой.
Набор материалов для каждой группы:
1 группа: твердые тела на нити, состоящие из золота, свинца, меди, стали, кирпича;
2 группа: твердые тела на нити, состоящие из свинца, цинка, латуни, алюминия, дерева;
3 группа: твердые тела на нити, состоящие из олова, серебра, железа, чугуна, стекла.
Алгоритм проведения опыта.
Измерьте массу твердого тела.
Налейте в калориметр холодную воду, измерьте ее массу и температуру.
Нагрейте тело в горячей воде и измерьте её температуру (эта температура и будет начальной температурой тела).
Горячее тело поместите в калориметр с холодной водой и через некоторое время определите температуру воды.
Проведите опыты со всеми представленными телами и составьте таблицу для записи ваших измерений.
Задание 3: По полученным опытным данным из задания 2 рассчитайте теплоёмкость каждого вещества. Расчеты оформите в виде отдельной задачи для каждого вещества.
Задание 4: Ответы всех задач из задания 3 оформите в виде таблицы теплоёмкостей, определитесь с единицами измерения удельной теплоёмкости, представленной в таблице.
Задание 5: Обменяйтесь данными таблиц между группами и объедините все данные в одну большую таблицу, содержащую удельную теплоёмкость 15 твердых веществ. Создайте таблицу в электронном варианте в текстовом редакторе, также примените цветовое оформление и опубликуйте свою коллективную работу на сайте Сalameo.com. Презентуйте свою таблицу учителю.
Колесо самооценки решения проектной задачи в группе
