Внутренняя энергия – это одно из фундаментальных понятий в физике. К формированию этого понятия можно подойти различными путями, например, авторы учебника формирование этого понятия начинают с опыта о кажущемся нарушении закона сохранения энергии при соударении неупругих тел. Опыт: шар падает на спальную плиту. Непонятно, до удара, шар и стальная плита обладали внутренней энергией. Второй способ: используется идея о том, что работа представляет собой меру изменчивости или превращения энергии. Если тело способно совершить работу, то оно обладает энергией. Здесь можно предложить опыт с картофелем пистолетом (колба закрывается картофельной пробкой и помещается под колпак воздушного насоса, откачав воздух, пробка вылетает). Возникает вопрос: Обладал ли воздух в колбе энергией? (Да).

Далее дают определение: Энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело называется внутренней энергией.

Дальнейшая задача состоит в том. Чтобы ознакомить учащихся со способами измерения внутренней энергии. Для этого проводится ряд опытов: нитью натирают цилиндр и резиновая пробка вылетает; в сосуд наливают немного воды, накачивают в него воздух, пробка вылетает и в сосуде наблюдается пар; в шарообразную колбу с изогнутым концом, в трубку наливается вода (капелька) держа колбу в руках капелька будет перемещаться по трубке. На основе опытов приходим к выводу, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: теплообмен и совершение работы.

Далее дают определение: Процесс изменения внутренней энергии при котором над телом совершается работа, а энергия передается от одних частиц к другим называют теплопередачей.

Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводность. Из жизненного опыта ученикам известен процесс передачи энергии от одного тела другому. Однако, они не подставляют себе различия тел по теплопроводности. Поэтому необходимо рассмотреть этот вопрос, используя опыт: берут стальную и медную проволоки, на равных расстояниях приклеивают парафином (пластилином) спички. Из опыта дел вывод: разные тела обладают разной теплопроводностью. При изучении вопроса можно сделать проблемную ситуацию: в картонной коробке кипятят воду.

Полезно также подчеркнуть, что при теплопроводности происходит перенос энергии, связанной с хаотическим движением микрочастиц, само же вещество не переносится. Для закрепления материала решают качественные задачи.

Конвекция. При изучении конвекции можно предложить следующие опыты: U образная трубка с перегородкой в верхней части, заполняется водой, выше уровня перегородки, затем с одного конца внизу нагревается (в трубки помещаются марганцовка, в одну трубку к низу, в другую сверху…); в трубку с двух сторон вставляют пробки с термометрами и начинают ее нагревать (термометр, находящийся выше покажет большую температуру). При конвекции происходит перенос вещества.

Для закрепления материала авторы учебника рассматривают образование дневных и ночных бризов, а в технике – образование тяги в дымоходе, конвекция в водяном отоплении.

Излучение. Излучение, как вид переноса, связано с излучением и поглощением частицами вещества электромагнитных волн и поэтому не может быть объяснено обстоятельно 8-классникам, поэтому при ознакомлении учащихся с этим видом теплопередачи, следует проводить широко экспериментально. Здесь можно поставить проблемный опыт. Капля жидкости в трубке термоскопа перемещается вправо, указывая на расширение воздуха в термоскопе от нагревания. Формулируют проблему: "Почему капля в термоскопе перемещается и тогда, когда нагреватель расположен на одном и том же уровне с термоскопом?". Подчеркивается, что в данном случае тепло передается от нагретого тела с помощью невидимых глазом лучей – тепловых лучей. Здесь же подчеркивается, что при излучении наличие среды необязательно, перенос энергии может происходить и в вакууме (передача энергии от Солнца к Земле).

Количество теплоты. Единицы количества теплоты. Процесс совершения механической работы и процесс теплопередачи имеют общий признак – изменяют внутреннюю энергию тела.

Меру изменения внутренней энергии путем совершения работы назвали количеством работы, а меру изменения внутренней энергии в процессе теплопередачи назвали количеством теплоты.

Далее выясняют от чего зависит количество теплоты Q полученное или отданное телом. Для расчета количества теплоты необходимо ввести понятие удельной теплоемкости. Необходимо выяснить с учащимися, что количество теплоты, полученное (отданное) телом при теплопередаче зависит от рода вещества. Эту зависимость характеризую. Особой величиной, называемой удельной теплоемкостью вещества. Это можно проверить, проводя следующий эксперимент: используют прибор Тиндаля и замечают, что алюминиевый цилиндр погружается больше в парафин, затем железный и медный. Делают вывод: тела из разных веществ, но одной массы, отдают при охлаждении и требуют при нагревании на одну температуру разное количество теплоты.

П осле этого вводим понятие удельной теплоемкости. Для закрепления необходимо работать с таблицей удельных теплоемкостей, ставя следующие вопросы: 1. Что означает, что удельная теплоемкость воды 4200 Дж/ кг К? 2. Найдите вещество для которого теплоемкость наибольшая и т.п.

Введя понятие удельной теплоемкости, можно рассчитать количество теплоты необходимое для нагрева тела массой 1 кг на температуру для случая m вещества: . Далее изучается испарение, кипение, находят количество теплоты необходимое для плавления, для парообразования и т.д. Необходимо расплавить лед, испарить воду.

AB – процесс нагревания Q₁=mc_л(T-T₁); BC – плавление Q₂=λm; CD – нагревание Q₃=mc_H2O(T₂-T_o); DE – парообразование Q₂=μm

4. Методические особенности изучения темы: «Электрические явления» в 8 классе.

Данная тема представляет собой двух логично завершенных и в то же время связанных друг с другом частей. В первой части рассматривают начальные сведения о строении атомов, а во второй – простейшие электрические цепи, вводят ряд понятий: сила тока, напряжение, сопротивление, работа и мощность тока, изучается закон Ома для участка цепи, а также понятия об электрическом и магнитном полях.

При изучении данной темы учащиеся получают ряд практических умений и навыков: собирать простейшие электрические цепи, измерять силу тока и напряжение с помощью амперметра и вольтметра.

Законы электрического тока устанавливаются опытным путем, что позволяет подчеркнуть значение опыта, как источника знания. Здесь же изучаются элементы электронной теории, которые применяются для объяснения природы электрического тока.

Рассмотрим некоторые методические аспекты изучения данной темы:

Электрический заряд – является сложным физическим понятием для учащихся. К этому понятию учащихся подводят на основе опытов по электризации тел. На основе опытов по электризации различных тел (стекла, эбонита, капрона, и т.д.) ищут ответ на следующие вопросы: 1. Только ли эбонит при натирании шерстью электризуется? 2. Обязательно ли натирать тела шерстью? 3. Электризуются оба или одно из натертых тел? 4. Зависит ли род заряда накопленного на поверхности тела, от вещества тела соприкасающегося с данным? И т.д.

На основе этого приводим учащихся к выводу: электрический заряд всегда связан с материальным носителем – телом, частицей и т.д. и с другой стороны характеризует свойства материальных носителей "притягивать" к себе другие тела (то есть способность тел к электромагнитному взаимодействию) – последнюю фразу учитель не произносит, а с другой стороны является количественной мерой этого взаимодействия.

Понятие электрического поля вводят как и понятие заряда без определения, ссылаясь на работы Фарадея и Максвелла учитель утверждает, что в пространстве где находится электрический заряд, существует электрическое поле. Взаимосвязь между зарядами осуществляется электрическим полем. На опыте выясняется, что вблизи заряженных тел действует поле сильнее, а при удалении от них поле слабее.

Электрон. Строение атома. При введении этого понятия поступают так как и при введении понятия "молекула". Для этого показывают, что электрический заряд делим, то есть существует наименьшая заряженная частица. Этот опыт воспроизводится учащимися, но далее детализировать данные опыта нет необходимости. Поэтому далее учитель подчеркивает, что с помощью очень точных экспериментов такая частица была обнаружена и назвали ее электрон.

Напоминают, что тела состоят из атомов и молекул, следовательно электрон должен быть внутри атомов. Эту гипотезу необходимо проверить экспериментально, так как опыт Резерфорда исключен из программы 8 класса, следует в общих чертах рассказать об этом опыте. В результате этого опыта была дана планетарная модель атома, которая напоминает нашу Солнечную систему. Для того, чтобы создать у школьников представление о размерах атомов, целесообразно прибегать к приему сравнения. Если бы атом увеличивался так, чтобы ядро приняло бы размеры 10 копеечной монеты, то расстояние между ядром и электроном стало бы равно 1 км.

Учащиеся должны знать порядковый номер в таблице Менделеева характеризует заряд ядра атома и соответствующее число электронов в атоме. Для моделирования атома необходимо рассказать, что ближайшая к ядру оболочка может содержать не более 2, а следующая не более 8 электронов. Можно предложить учащимся вылепить из цветного пластилина модели атомов Н₂ и Не. С помощью их можно показать появление "+" и "-" ионов.

Учащиеся знают, что тела состоят из молекул, атомов. В металлах часть электронов слабо связана с ядрами атомов и поэтому они становятся свободными. Следовательно в узлах кристаллической решетки расположены ионы, а между ними свободно движутся электроны. Так как в обычных условиях отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решетки, то в обычных условиях металлы электрически нейтральны, но если создать электрическое поле, то электроны начнут двигаться упорядоченно. Все это позволяет дать следующее определение: электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.

Далее рассматривают источники электрического тока. Подчеркивают, что в любом источнике тока совершается работа по распределению положительных и отрицательных частиц. Данная работа совершается силами не электрической природы.

Рассмотрим методику формирования некоторых понятий данной темы:

Сила тока. Амперметр. Действия электрического тока (тепловое, химическое, магнитное, механическое) могут проявляться в разной степени – сильнее или слабее. Используя различные опыты, можно показать, что степень действия электрического тока зависит от заряда, прошедшего по цепи за 1 секунду и дается определение: электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени определяет силу тока в цепи. Таким образом приходим к следующему определению: Сила тока равна отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника ко времени его прохождения.

I=q/t. За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников в 1 м взаимодействуют с силой 2*10^-7 Н, эту единицу называют ампер.