Решение задач - Урок 3 - Изменение агрегатных состояний вещества

Цели: закрепить знания учащихся по теме; сформировать навыки расчета количества теплоты при изменении агрегатного состояния вещества.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

Усвоению и закреплению знаний помогает подбор качественных и расчетных задач. В зависимости от уровня успеваемости класса учитель должен подбирать такие задачи, чтобы учащимся было интересно работать на уроке. Можно предложить следующие качественные задачи:

- Вода может кипеть и при t = 100 °С и при t₁ = 120 °С. Одинаковая ли для этих случаев удельная теплота парообразования?

- Почему температура при конденсации остается постоянной? Ведь внутренняя энергия жидкости при данной температуре меньше, чем у пара.

- Почему горячее молоко, налитое в чашку, остывает медленнее, чем горячая вода в такой же чашке?

- Удельная теплота парообразования воды значительно больше, чем эфира. Почему же эфир, налитый на руку, вызывает гораздо более сильное ощущение холода?

II. Решение задач

Переходя к решению задач, нужно акцентировать внимание учеников на том, что обычно задачи на тепловые процессы более сложные, чем при расчете величин в простых переходах вещества.

Например, парообразование при кипении начинается, если жидкость имеет температуру, равную 4. Но в общем случае вначале воду необходимо нагреть до этой температуры.

Первые две задачи учитель может разобрать на доске сам, либо с помощью хорошо успевающего ученика, вызванного к доске.

Задача 1

Определить, какое количество теплоты необходимо, чтобы 2 кг воды при температуре 50 °С превратить в пар?

Дано:

Решение:

Общее количество теплоты состоит из двух составляющих: - количество теплоты, необходимое для нагревания воды до t_к; Q₂ = r · m, - количество теплоты, которое идет на парообразование. Таким образом:

(Ответ: Q = 5,02 · 10⁶ Дж.)

Задача 2

Определить, какое количество теплоты отдает в окружающую среду водяной пар массой 200 г и температурой 100 °С при превращении в воду с температурой 20 °С.

Дано:

Решение:

Тепло будет отдаваться веществом на двух этапах:

а) при конденсации пара:

Q₁ = -r · m.

б) при охлаждении воды от температуры кипения до t₁ = 20 °С:

Q₂ = cm (t₁ – t_к).

Таким образом:

(Ответ: Q = -5,27 · 10⁵ Дж.)

Эти две разобранные у доски задачи показывают, что, последовательно используя известные соотношения, можно рассчитать любые порции полученной или отданной энергии в тепловых процессах.

Для самостоятельного решения задач можно предложить следующие три несложные задачи:

Задача 3

Какое количество теплоты необходимо для превращения 100 г эфира в пар? Температура эфира 35 °С. (Ответ: Q = 40 кДж.)

Задача 4

Для превращения воды в пар израсходовали 2 · 10⁵ Дж тепла. Определите исходную массу воды, если ее начальная температура была равна 40 °С? (Ответ: m = 0,09 кг.)

Задача 5

Какое количество теплоты выделится в окружающую среду при конденсации 50 г водяного пара? (Ответ: Q = -115 Дж.)

Хорошо успевающим ученикам можно предложить более сложные задачи, например:

Задача 6

В сосуд с водой, взятой при 0 °С, впустили 1 кг пара при 100 °С. Спустя некоторое время в сосуде установилась температура 20 °С. Сколько воды было в сосуде? Теплообмена с окружающей средой нет. (Ответ: 31,4 кг.)

Задача 7

Смесь, состоящую из 5 кг льда и 15 кг воды при общей температуре 0 °С, нужно нагреть до температуры 80 °С пропусканием водяного пара при температуре 100 °С. Определите необходимое количество пара. (Ответ: 3,1 кг.)

Домашнее задание

1. Повторить § 13-20 учебника.

2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1121-1123.