Статья по физике на тему "Конструирование в решении задач на тепловой баланс"

Конструирование  в решении задач.

Решая задачи с учащимися необходимо понять целостное содержание задачи, чтобы не было «непоняток», затем дать им найти необходимые опоры, которые помогут выполнить задание. Учитель – ученик совместными усилиями конструируют текст содержания в разные виды информации, которые помогут им прийти к решению задачи. Имея несколько логически выстроенных видов содержания, ученик «сам» приходит к правильным выводам. Имея поэтапные рисунки содержания задачи и  соответствующие им «опоры», формулы, пояснения, уравнения  ученики приходят к пониманию решения задачи.

Рассмотрим решение задач на тепловой баланс. Если необходимо найти Q для одного тела, то содержание задания можно перевести, например, в схему

Например схема

Q=Q₁(cm(t₂ –t₁)нагревание) + Q₂(Lm)парообразование) и т. д.

Если в задаче несколько тел, то эту схему уже не применить.

Задача .

В калориметр содержащий  m_л=1,5 кг воды при температуре  t_в=20  ⁰ с , положили  m_л=1 кг льда, при температуре  t_л= -10 ⁰с. Какая температура установится в калориметре? Теплопроводностью калориметра пренебречь. Итак, мы не знаем какое будет конечное состояние (вода, вода и лед или только вода), а это определяется как раз числовыми значениями   m_л, m_в, t_в, t_л.

Для решения этой задачи ученики вместе со мной создают следующую таблицу

Начальное состояние	Конечное состояние	Процесс	Схема	Уравнения, неравенства	Пояснения
1.		Лед  нагр. до 0 градусов и полностью растает.	Q пл   tл                              00С                   tв     Qпр                                   Q отд	Q пр + Q пл=Q  отд m лCл(tк-tл)+ λлmл=mвcв(tв-tк)	Количество теплоты, отданное водой, идет на нагревание льда до 00С градусов и его плавление.
2.		Лед нагревается до 0 градусов, полностью растает и нагреется  до tк.	Q пл Q пр1        Q пр2         Q отд     t л        00С      t k                     t в	Qпр1+Qпл<Qотд при ост до 00С Qпр1+Qпл+Qпр2=Qотд Cлmл(0 0С-tл)+ λmл+Cвmл (tк-O 0С)=mвСв(tв-tк)	Кол-во теплоты, отданное водой Qотд, идет на нагревание льда до температуры 00С, его плавление и нагревание воды полученной изо льда.   Это возможно когда количество теплоты отданного водой при охлаждении до 0 градусов>чем  количество теплоты принятой льдом Qпр1 при нагревании его до 00С вместе с количеством теплоты его плавления Q пл.
3.		Лед нагревается до 0 градусов.	Q пр                                      Q отд                                 t л                                 00С                        t в	Qпр=Qотд Слmл(tк-tл)=Свmв(tв-tк)	Вода остынет до 00С градусов. Кол-во теплоты Q отд отданное водой будет равно количеству теплоты принятой льдом.
4.		Вода вся превратится  в лед при  tк =00С градусов.	Q кр      Q пр                                      Q отд                                 t л                               tk =  00С                 t в	Qпр=Qотд+Qкр Слmл(tк-tл)= mвcв(t в-00С) + λmв	Общее количество теплоты, отданное при остывании воды до 00С и кристаллизации  Qотд+Qкр  равно количеству теплоты принятой льдом Qпр при его нагревании до 00С
5.		Вода вся превратилась в лёд ниже 00С градусов.	Q кр            Q пр             Q отд2          Qотд1                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 t в t л                      t к             00C	Qпр=Qотд1+Qкр+Qотд2 Qпр.для нагр.до 0°C > Qотд1+Qкр Слmл(tк-tл)= mвcв(tв-0°C)+Qкр+Слmв(0°C- tк)	Общее количество теплоты состоящее из количеств теплот отданных при ее охлаждение до 00С градусов, кристаллизации и охлаждения льда  полученного из воды равно количеству теплоты принятой льдом.
6.		Часть льда превратилась в воду при tк=0 градусов	Q пр                Q пл.части льда                                             Q отд        t л                ooC                               tв	Qпр+Qпл части лда =Qотд Qпр+Qпл всего льда > Qотд	Количество теплоты, отданное водой при остывании до 00С, идет на нагревание льда до температуры 00С и плавление его части . Это возможно когда количество теплоты на его нагревание до 00С и  полного плавления больше количества теплоты, которое выделяется при остывании воды до 00С.
		Часть воды превратилась в лёд при tк=0 градусов.	Q пр                               Q кр части воды                                                      Q отд     t л                                 00С           t в	Qпр = Qотд +Q кр части воды Qпр < Qотд+Qкр всей воды	Количество теплоты, отданное водой при её охлаждении до 00С  и кристаллизации её части, равно количеству теплоты, принятой льдом при его нагревании до 00С. Это возможно когда количество теплоты принятой льдом при нагревании его до 00С меньше количества теплоты отданной водой при её охлаждении до 00С и полной её кристаллизации

После создания этой технологической таблицы решить эту задачу легко. Количество теплоты принятое льдом при нагревании его до 0⁰ С равно количеству теплоты при остывании воды до 0⁰ С. А это возможно только в случае, если конечная температура равна 0⁰С.  

Краткое описание документа:

В технологической карте переводится содержание аналитических задач на тепловой баланс в разные виды информации, что позволяет решать их быстро и просто. Учащиеся лучше воспринимают содержание задачи в виде графической информации. Бывает, что задача очень длинная и требуется целостное её осмысление. Тогда следует показывать детям картинки, схемы, опоры и так далее соответствующие содержанию задач, чтобы они восприняли её в "целом". Без конструирования содержания аналитических задач учащиеся теряются в их решении.