Сердце, отданное науке - Изменение агрегатных состояний вещества

Цели: ознакомить учащихся с деятельностью того или иного ученого; показать наиболее примечательные черты его мировоззрения; методы получения научных знаний; сформировать правильное представление о характере научного труда ученых.

Оформление: портреты ученых; выставка книг по теме.

Ход урока

Учащиеся делятся на две команды. Каждая команда выбирает ученого, о котором ей хотелось бы рассказать остальным.

I. Вступительное слово учителя

Счастлив в наш век, кому победа

Далась не кровью, а умом,

Счастлив, кто точку Архимеда

Умел сыскать в себе самом.

Первая команда.

Джеймс Прескотт Джоуль

(1818-1889)

Родился в Манчестере 24 декабря 1818 г., по профессии был пивоваром. Первые работы в физике связаны с изобретением электромагнитных аппаратов, которые были ярким примером превращаемости физических сил. Был прекрасным экспериментатором. Исследуя законы выделения теплоты электрическим током, он понял, что опыты с гальваническими источниками не дают возможности ответить на вопрос, какой вклад в нагрев проводника вносит переносимая теплота химических реакций, а какой сам ток.

В результате многочисленных опытов, пришел к выводу, что теплоту можно получать с помощью механических сил.

В 1843 г. нашел механический эквивалент теплоты. Эту величину впоследствии он определил различными способами. Опыты просты по идее, но в каждом из них можно найти какую-нибудь экспериментальную тонкость. Например, в последнем, о котором шла речь, для предотвращения движения всей массы воды, к боковым стенкам калориметра в радиальном направлении были прикреплены четыре ряда пластинок; в целях теплоизоляции металлическая ось разделена на две части деревянным цилиндром.

Внес большой вклад в кинетическую теорию газов, открыв вместе с Томсоном эффект изменения температуры газа при его расширении. Из работ непосредственно следовало, что теплота не является веществом, что она состоит в движении частиц. Все это, несомненно, способствовало утверждению и признанию закона сохранения и превращения энергии, открытие которого явилось величайшим завоеванием науки ХIХ в.

Значение этого закона для науки трудно переоценить. На основе законов сохранения, и в частности закона сохранения и превращения энергии, в науке и технике производятся различные расчеты, предсказываются новые эффекты и явления, с материалистических позиций оцениваются открытия. Если, скажем, новая теория или проект новой установки не противоречат закону сохранения и превращения энергии, то это служит убедительным аргументом в их пользу.

История физики имела дело с сотнями разнообразных, порою очень остроумных машин, предложенных разными авторами в качестве вечного двигателя. Сегодня нам ясно, что работать они не могли, ибо их создание противоречило закону сохранения и превращения энергии. Вот почему сегодня мы говорим о большом методологическом значении закона сохранения энергии. Он указывает на метод исследования, дает нам возможность предсказать новое.

Вторая команда.

Иван Иванович Ползунов

Родился в 1728 году. Его отец был солдатом.

В 1742 году окончил первую русскую горнозаводскую школу в Екатеринбурге и стал учеником у главного механика уральских заводов

В двадцать лет, его, вместе с другими специалистами горнозаводского дела, отправили на Колывано-Воскресенские заводы Алтая. Там добывались драгоценные металлы для царской казны.

С 1748 года работал в Барнауле техником по учету выплавки металла, а в 33 года он стал одним из руководителей завода.

Из оборудования на заводе были только воздуходувные мехи и молоты для ковки металла. И их приводили в движение силой воды. Поэтому заводы строили на берегах рек. Если река становилась мелководной, то производство останавливалось.

Решил заменить водяной двигатель и ручной труд на «огненную машину». Для этого он разработал чертежи двухцилиндровой паровой машины.

Для ее изготовления пришлось сделать различные инструменты, токарный станок для обработки металла «на водяном ходу». При этом удалось изготовить все детали паровой машины всего за 13 месяцев. Некоторые детали весили до 2720 килограммов.

В 1765 году разработал специальный поплавковый регулятор уровня в котле.

К сожалению, увидеть машину в работе не удалось, он умер за два месяца до пуска машины в эксплуатацию, 27 мая 1766 года. Его паровая машина окупила себя всего за два месяца. К сожалению, после небольшой поломки хозяева машины не смогли ее починить.

Загадки

Учитель загадывает загадки.

Загадка первая:

Речь пойдет об ученом. О ком именно? Подсказки:

1. Великий естествоиспытатель и врач.

2. После окончания университета он едет на остров Ява на торговом судне устроившись судовым врачом.

3. По возвращении на родину в 1841 году написал статью, которая при его жизни не была напечатана.

4. В 1842 году обвинен в шпионаже, тринадцать месяцев провел в доме для умалишенных.

5. Основатель термодинамики.

(Ответ: немецкий ученый Юлиус Роберт Майер.)

Вопросы:

- В чем сходство и различие теплового и механического движения?

- Что такое внутренняя энергия и как ее можно изменить?

- В чем состоит самое главное различие способов теплопередачи?

- Что такое теплопроводность: физическое явление или физическая величина?

- В чем принципиально отличаются различные виды теплопередачи от процессов изменения агрегатных состояний вещества?

- Работа - это физическая величина или физическое явление?

- Имеет ли смысл утверждение: «Внутренняя энергия тела равна нулю»?

Экспериментальное задание.

Как, используя пламя спиртовки или кусок льда, вывести из равновесия весы, не касаясь их? Ответ обоснуйте и подтвердите опытом.

Загадка вторая:

И снова о человеке-легенде. Подсказки:

1. Сын математика и французского государственного деятеля.

2. Окончил Политехническую школу в 1814 году, участвовал в защите Парижа.

3. В 1819 году в чине поручика переведен на службу в Генеральный штаб.

4. Написал единственное произведение «Размышление о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».

5. Придумал идеальную тепловую машину, вычислил коэффициент полезного действия.

(Ответ: Сади Карно.)

Вопросы:

- Может ли тело в результате теплопередачи потерять всю свою внутреннюю энергию?

- Излучение - это явление или материальный объект?

- Обладает ли внутренней энергией очень холодное тело?

- Движутся ли частицы вещества при абсолютном нуле?

- Что называется количеством теплоты? В каких единицах она выражается?

- Опишите устройство калориметра. Как опытным путем калориметрическим можно определить удельную теплоемкость вещества?

- От чего зависит удельная теплоемкость вещества?

Экспериментальное задание.

Ускорится ли таяние льда в теплой комнате, если накрыть его шубой?

Ответ обоснуйте и подтвердите опытом.

Загадка третья:

О фамилии очень известного ученого. Подсказки:

1. Открыл атмосферу на Венере.

2. В 1755 году при его активном участии был открыт первый русский университет.

3. Написал первый русский учебник по минералогии и заложил основы современного стихосложения; руководил составлением карты России, создал мозаичные картины, изготавливал инструменты для морской навигации и построил первую химическую лабораторию в России.

4. Он был последовательным сторонником атомистики и столь же непримиримым противником теплорода.

5. Зимой 1731 году двадцати лет отроду, он пришел с обозом в Москву и только здесь начал учится.

(Ответ: Первый русский ученый Михайло Васильевич Ломоносов)

Вопросы.

- Почему недостижим абсолютный ноль температур?

- Что называется тепловой машиной?

- Почему КПД тепловых машин всегда меньше ста процентов?

- Обладает ли внутренней энергией тело при абсолютном нуле?

- Как был открыт в истории физики закон сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам?

- В науке не существует единого общепринятого определения энергии. Как вы думаете, чем это объясняется?

- Сопоставьте понятия: «внутренняя энергия тела» и «механическая энергия тела».

Экспериментальное задание.

Имеются две пробирки с одинаковым количеством воды. Одна обернута марлей, смоченной водой, вторая обернута спиртом. Проверьте с помощью термометров, одинакова ли температура воды в обеих пробирках. Ответ объясните.

II. Заключительное слово учителя

Анализ творчества великих физиков показывает, что основным мотивом их научного труда была бескорыстная жажда постижения законов природы, источником счастья и смыслом жизни. Но нередко результаты труда, а порой и сама возможность заниматься им требовали от ученого мужества поступать в соответствии с высокими нравственными принципами.