Вивчення теплового розширення твердих тіл має на меті формування цілісної фізичної картини світу, розвиток кругозору учня, проведення лабораторної роботи та розв’язування вправ та завдань дозволить сформувати вміння та навики розв’язку завдань по даній темі, проведення вимірювань, користування вимірювальними приладами.

Додаток 1. План-конспект уроку. Вивчення теплового розширення тіл.

Тема заняття:	Вивчення теплового розширення тіл
Тип заняття:	Урок вивчення нового матеріалу.
Мета заняття:	Встановити поняття коефіцієнта теплового розширення тіл та його взаємозв’язок із будовою речовини, Сформувати вміння та навики розв’язку задач та завдань на використання поняття теплового розширення твердих тіл.
Прилади та матеріали:	Лінійка, мікрометр.

Основні етапи уроку.

1. Актуалізація опорних знань.

2. Розгляд нового матеріалу.

3. Закріплення нового матеріалу.

4. Висновки та результати уроку.

Основні етапи уроку.

1. Актуалізація опорних знань.

При проведенні актуалізації опорних знань із фізики потрібно нагадати основні поняття будови твердих речовин. Для цього можна використати наступні питання:

1. Які види речовин вам відомі?

2. Охарактеризуйте аморфний стан речовини.

3. Охарактеризуйте кристалічний стан речовини.

4. Які відмінності будови аморфних та кристалічних речовин?

5. Які типи зв’язків ви знаєте. Дати їх характеристику.

2. Розгляд нового матеріалу.

Із підвищенням температури відбувається теплове розширення твердих тіл. Очевидно, що при нагріванні зростає амплітуда коливань атомів та молекул в вузлах кристалічної гратки і об’єм кристала збільшується при збільшенні середньої відстані між частинками. Кількісно теплове розширення характеризують за допомогою коефіцієнта лінійного та об’ємного розширення :

,

.

Тоді для розмірів твердого тіла можна записати рівність:

Для конструкційних твердих тіл можна приблизно вважати, що , а із значеннями величин коефіцієнта теплового розширення твердих тіл можна ознайомитися у таблиці Додатку 3. рівність найбільш точно справджується для аморфних тіл та кристалів кубічного виду. Для твердих тіл величина порядку . Коефіцієнт лінійного розширення мало залежить від температури. Табличні значення володіють достатньою точністю в інтервалі температур від 0ºС до 100 ºС. Для більшості твердих тіл . Це цілком природно, оскільки більш інтенсивний тепловий рух ніби розштовхує частинки. Досить мале значення коефіцієнта розширення для плавленого кварцу та інвару. Ці матеріали широко використовують у точному приладобудуванні, коли потрібно уникнути зміни розмірів деталей при коливанні температур.

Для різних напрямків у кристалах відстані між структурними частинками та сили взаємодії між ними не однакові. Отже теплове розширення у кристалах має анізотропний характер. Лінійні коефіцієнти розширення залежать від симетрії кристала.

1. Закріплення нового матеріалу.

Для закріплення нового матеріалу можна запропонувати наступні питання:

1. Які пристрої називають дозиметрами?

2. Який поділ реєструючи пристроїв ви знаєте?

3. Які методи реєстрації радіоактивних випромінювань ви можете привести?

4. Охарактеризуйте сцинтиляційний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.

5. Охарактеризуйте іонізаційний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.

6. Охарактеризуйте фотографічний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.

7. Охарактеризуйте біологічний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.

8. Охарактеризуйте калориметричний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.

9. Охарактеризуйте хімічний спосіб реєстрації радіоактивних випромінювань.

10. Охарактеризуйте будову та призначення дозиметра-радіометра «Белла».

11. Охарактеризуйте будову та призначення радіометра ДП-5А.

Для закріплення матеріалу можна також запропонувати провести розв’язування наступних завдань, які стосуються питань теплового розширення твердих тіл:

1. Визначити різницю в кількостях обертів колеса електровоза літом при температурі і взимку при температурі на шляху пробігу L = 50 км, якщо радіус колеса при 0 °С R₀ = 80 см, а коефіцієнт лінійного теплового розширення .

2. Якої довжини при 0° С слід взяти мідну і залізну дротини,
   щоб різниця їх довжин при довільних температурах залишалась не­
   змінною і дорівнювала 10 см? ( , ).

3. До мідної дротини радіуса підвішений вантаж, під
   дією якого дротина набула такого самого видовження, як при нагріванні на . Знайти масу т вантажу.

4. При нагріванні деякого металу від і_ь до
   його густина зменшилась в 1,027 раза. Знайти для цього металу серед­ній коефіцієнт об'ємного теплового розширення.

5. Годинник з металевим маятником поспішає на 8,0 с за добу
   при температурі 3°С і відстає на 7,0 с за добу при температурі 23°С.
   Знайти середній коефіцієнт лінійного теплового розширення матеріалу маятника і температуру, при якій годинник буде йти правильно.

1. Висновки та результати уроку.

Запропонувати висновки та результати уроку сформулювати учням.

Додаток 2. Лабораторна робота. Вимірювання коефіцієнта теплового розширення твердих тіл.

Тема заняття:	Вимірювання коефіцієнта теплового розширення твердих тіл.
Тип заняття:	Лабораторна робота
Мета заняття:	Сформувати вміння та навики вимірювання коефіцієнта теплового розширення твердих тіл, Сформувати вміння та навики користування вимірювальними приладами.
Прилади та матеріали:	Лінійка, нагрівник, прилад Менделєєва (металева трубка), мікрометр, колба скляна.

Основні етапи уроку.

1. Інструктаж по техніці безпеки.

2. Вивчення методики роботи із установкою по вимірюванню коефіцієнта теплового розширення твердих тіл.

3. Проведення вимірів коефіцієнта теплового розширення твердих тіл.

4. Проведення необхідних розрахунків та визначення похибки вимірювань.

Основні етапи уроку.

1. Інструктаж по техніці безпеки.

При виконанні лабораторної роботи передбачається користування нагрівними приладами та електронагрівниками. Тому потрібно провести інструктаж по техніці безпеки при поводженні на нагрівними приладами на електричним струмом.

1. Розглянути прилад для вимірювання коефіцієнта теплового розширення твердих тіл. При відсутності приладу Менделєєва у шкільному кабінеті фізики його можна замінити за допомогою металевої трубки (алюміній, залізо, мідь) та мікрометра. Зовнішній вигляд приладу приведено на рисунку.

Хід роботи.

1. Закріпити гвинтом правий кінець трубки, виміряти величину .

2. Встановити стрілку індикатора (мікрометра) на нуль.

3. пропускати водяну пару із нагрівника – кип’ятильника протягом 10 – 15 хвилин, поки не перестануть змінюватися покази термометрів на приладі. Середнє арифметичне показів термометрів взяти за кінцеву температуру : . За температуру взяти покази термометрів до початку досліду.

4. За допомогою індикатора (мікрометра) визначити видовження трубки .

5. Після закінчення досліду охолодити трубку та повторити дослід із іншим матеріалом трубки.

6. Провести необхідні розрахунки та зробити висновки.

1. Провести виміри та розрахунки коефіцієнта теплового розширення твердого тіла.

2. Сформулювати висновки.

Додаткове завдання.

1. Якої довжини при 0° С слід взяти мідну і залізну дротини,
   щоб різниця їх довжин при довільних температурах залишалась не­
   змінною і дорівнювала 10 см? ( , ).

2. До мідної дротини радіуса підвішений вантаж, під
   дією якого дротина набула такого самого видовження, як при нагріванні на . Знайти масу т вантажу.

3. При нагріванні деякого металу від і_ь до
   його густина зменшилась в 1,027 раза. Знайти для цього металу серед­ній коефіцієнт об'ємного теплового розширення.

Додаток 3. Таблиця значень температурного коефіцієнта лінійного розширення, .

Речовина
Алмаз	0 – 78	1,2
Алюмель	20	13,7
Алюміній	0 – 100	23,1
Амінопласти	20	25 – 53
Барій	0 – 300	19,45
Берилій	0	10,5
Берилій	1200	23,7
Бор	20	2,0
Бронза	20	14,9 – 20,4
Ванадій	20	7,8
Вініпласт	20	40
Вісмут	20 – 100	13,45
Вольфрам	0	4,3
Віск	0 – 100	240
Гадоліній	30 – 950	9,7
Галій	20	18,1
Гафній	0 – 200	1,15
Германій	- 225 27	0,00 5,75
Гетинакс	20	20
Гольмій	40	9,5
Граніт	20	8,3
Графіт	0	7,1
Диспрозій	-100 – 1000	11,8
Європій	-200 – 780	26
Залізо	0 0 – 700	11,9 15,0
Золото	20	14,5
Інвар	1100	20,15
Індій	20 - 100	30,5
Йод	0	93
Іридій	0 1750	6,5 10,76
Ітербій	27 – 700	29,9
Ітрій	400	10,8