Основы энергосбережения на уроках физики

Автор предлагает фрагменты уроков физики экологической направленности, позволяющие сформировать у учащихся целостное представление о взаимосвязи и взаимозависимости природы и человека, понять значение тепловых машин для человечества.

Снежана БРАШЕВЕЦ,
учитель физики
ГУО «Перковичская средняя школа»
Дрогичинского района,
Брестская область

Энергосбережение – актуальная проблема современного мира. Ограниченность энергетических ресурсов, негативное влияние на окружающую среду, связанное с производством энергии, – всё это приводит к выводу, что разумнее снижать её потребление, нежели постоянно увеличивать её производство.

Уроки физики в школе и внеклассная работа по предмету способствуют формированию навыков энергосбережения у учащихся.

Изучение темы «Тепловые явления» в 8-м классе на базовом уровне затрагивает вопрос, связанный с экономией тепловой энергии в быту. Предлагаю фрагменты уроков экологической направленности, позволяющие сформировать у учащихся целостное представление о взаимосвязи и взаимозависимости природы и человека, продвинуться в познании экологических проблем и понять значение тепловых машин для человечества.

Для разрешения некоторых вопросов можно опереться на знания учащихся, полученные в 7-м классе при изучении тем «Атмосферное давление», «Работа и мощность» и «Коэффициент полезного действия».

§ 5. Излучение

Учащиеся знают и понимают

Излучение – это перенос энергии путём испускания электромагнитных волн. Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас. Все тела излучают энергию и остывают. Тела способны не только излучать, но и поглощать тепловое излучение, которое превращается во внутреннюю энергию, и тела нагреваются. Тёмные тела лучше поглощают излучение, чем светлые (или имеющие зеркальную, полированную поверхность), и лучше излучают.

Предлагается опыт

Проверьте поглощающую способность веществ. Положите термометр под лист белой бумаги и пронаблюдайте в течение определённого времени за изменением температуры, затем замените белый лист на чёрный и проделайте то же самое. Проанализируйте результаты и объясните наблюдаемое.

Вывод

Мощность излучения зависит не только от температуры излучающего тела, но и от его цвета. Сильнее всего излучают при данной температуре чёрные тела, гораздо слабее – белые.

Мини-лекция

Приготовление пищи с помощью микроволнового излучения

Учащимся раздаётся текст с пропущенными словами: «С помощью коротких радиоволн сантиметрового диапазона можно в считанные секунды нагреть еду, так как вода (основная составляющая пищи) обладает способностью сильно поглощать электромагнитные волны высокой частоты. Поэтому продукты, содержащие воду, можно нагревать чрезвычайно быстро. На этом принципе поглощения электромагнитных волн и устроены микроволновые печи, в которых блюдо можно приготовить в считанные секунды. Источником электромагнитного излучения в микроволновке является высоковольтный вакуумный прибор – магнетрон. Энергия, переносимая электромагнитными волнами, излучением передается веществу, которым они поглощаются. В результате внутренняя энергия пищи увеличивается, что и приводит к повышению температуры еды».

Мозговой штурм

Преимущества микроволновой печи (высказывания учащихся фиксируются на доске).

Домашнее задание

Заполните таблицу:

§ 6. Расчёт количества теплоты при нагревании и охлаждении жидкости

Учащиеся знают и понимают

При нагревании тело получает тепло, а при охлаждении отдает его.

Количество теплоты, полученное телом при нагревании, можно рассчитать по формуле Q = cm(t₂ – t₁).

Удельная теплоёмкость вещества – это физическая величина, показывающая количество теплоты, которое нужно передать веществу массой 1 кг для нагревания его на 1 °С.

Единица измерения удельной теплоёмкости в системе СИ: [с] = 1 Дж/(кг°С).

При охлаждении тела до прежней температуры выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на нагревание этого тела.

Проблемное утверждение

Вода – самое необыкновенное вещество в мире.

Маленький голубой шарик на фоне Земли отображает объём всей воды на нашей планете, лишь 2,5 % этой воды – пресная. Многие люди не вполне понимают, зачем нужно экономить воду: ведь её количество в природе статично, и в процессе круговорота она постоянно очищается: водяной пар превращается в дождь, наполняя озёра, реки и хранилища грунтовых вод. Однако водный кризис нарастает и уже чувствуется не только в Африке, но и в развитых странах. И всё потому, что люди используют запасы пресной воды быстрее, чем природа может пополнить их естественным путём.

Немного статистики: в странах, где вода доступна, средний человек использует 150–400 литров воды в день. Это показатель беспечности и безответственности! Чтобы быть здоровым, человеку достаточно выпивать около 2–3 литров жидкости в сутки. Остальная вода расходуется на гигиенические процедуры и уборку, однако большая её часть вообще не используется: расходуется в виде разного рода утечек.

Создаём проект «Как экономить воду в домашних условиях»

Учащиеся делятся на две группы в ходе решения качественной задачи: «Коля ловил девчонок, окунал их в лужу и старательно измерял глубину погружения каждой девчонки, а Толя только стоял рядышком и смотрел, как девчонки барахтаются. Чем отличаются Колины действия от Толиных, и как такие действия называют физики?» (Григорий Остер)

Ответ: Колины и Толины действия называются хулиганством. Но надо признать, что с точки зрения бесстрастной науки физики Толя производил наблюдения, а Коля ставил опыты.

Учащийся, правильно ответивший, имеет право подобрать себе команду.

Первая группа – «Экономия воды в ванной комнате и туалете».
Вторая группа – «Экономим воду на кухне».

Презентация проектов

Домашнее задание

Выполняйте правила экономии воды. Познакомьте с ними членов своей семьи. Контролируйте младших братьев и сестричек.

§ 7. Горение. Удельная теплота сгорания топлива

Учащиеся знают и понимают

В природе существует много горючих веществ, которые при сгорании выделяют тепло.

Разные виды топлива одинаковой массы при полном сгорании выделяют разное количество теплоты. Сравнить количества теплоты, выделившиеся при сгорании разных видов топлива можно, используя физическую величину – удельную теплоту сгорания.

Удельная теплота сгорания показывает, какое количество теплоты выделится при полном сгорании 1 кг данного топлива.

Единица измерения удельной теплоты сгорания в системе СИ: [q] = 1 Дж/кг.

Расчётная формула для количества теплоты, выделившейся при полном сгорании топлива: Q = qm.

Экспериментальная задача

Приборы и материалы: спиртовка, вода t = 20 °C в колбе, мензурка, термометр, электронные весы.

Необходимо

Определить коэффициент полезного действия спиртовки.

Дано: m₁ = 200, г = 0,2 кг; m₂ = 6, г = 0,006 кг; c₁ = 4200 Дж/(кг × °C); q = 3 × 10⁷ Дж/кг; t₁ = 20 °C; t₂ =90 °C. Найти η.

Решение: Коэффициент полезного действия тепловой машины (в нашем случае спиртовки) равен отношению полезной энергии (количество теплоты (Q₂), израсходованное на нагрев воды) к энергии, которая выделилась при сгорании топлива (количество теплоты (Q₁), отданное нагревателем).

Ответ: η = 32,67 %.

Проблемный вопрос

Как повысить КПД спиртовки?

Ответ: «Вода закипает быстрее, если содержит в себе соли. Поэтому сразу же подсаливаем воду»; «Чем лучше герметичность, тем меньше энергии уходит зря. Значит закрыть колбу крышкой».

Домашнее задание

Рассчитайте количество теплоты, требуемое для нагрева 1 кг (литра) воды до температуры кипения электрочайником и газовой плитой. Найдите цену затраченной электроэнергии (для чайника) и природного газа. Сравните результаты. Рассчитайте выгоду. Сделайте выводы. Поделитесь информацией с близкими людьми.

Заполните таблицу:

§ 10. Испарение жидкостей. Факторы, влияющие на скорость испарения

Учащиеся знают и понимают

Испарение – это парообразование с поверхности жидкости. При этом жидкость покидают более быстрые молекулы, обладающие большей скоростью.

При любой температуре в жидкости находятся такие молекулы, которые обладают достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть силы сцепления между молекулами и совершить работу выхода из жидкости.

Скорость испарения жидкости зависит от: рода вещества; площади поверхности испарения; температуры жидкости; скорости удаления паров с поверхности жидкости, т.е. от наличия ветра.

Испарение происходит при любой температуре.

При испарении температура жидкости понижается, т.к. внутренняя энергия жидкости уменьшается из-за потери быстрых молекул. Но, если подводить к жидкости тепло, её температура может не изменяться.

Предлагается опыт

Охлаждение арбуза кипятком.

Арбуз, целый, не надрезанный, можно охладить так: нужно его опустить секунд на 20 (в зависимости от размера и сорта) в кипяток и, вынув, подождать 10 минут: арбуз окажется внутри холодным.

Объяснение опыта

При нагревании арбуза его кожура расширяется, а за ней расширяется и сердцевина. Но на такое расширение необходима энергия, а так как снаружи она уже не поступает, то берётся из внутренней энергии – тело охлаждается.

Проблемный вопрос

Предложите более практичный способ охлаждения продуктов (продукты положить в холодильник).

Показ видеоролика «Устройство и принцип работы бытового холодильника».

Домашнее задание

Составьте памятку «Правила экономии электроэнергии в быту при эксплуатации холодильника» и выполняйте эти правила всей семьёй.

Результат такой работы – проекты практических мероприятий по энергосбережению: «Энергосбережение мобильного телефона» под девизом «Действие даже самого крохотного существа приводит к изменениям во всей Вселенной», «Энергосбережение – не экономия, а умное потребление!» под девизом «Предупреждён – значит вооружён».

Работая над проектом «Энергосбережение мобильного телефона», учащиеся получили ценный опыт, сформировали умения, направленные на рациональное использование энергоресурсов и сохранение окружающей среды при использовании мобильного телефона.

Работая над проектом «Энергосбережение – не экономия, а умное потребление!», учащиеся выработали привычку экономить энергию и природные ресурсы.

Проект «Электроотопление сельского дома» учащегося 11-го класса Павла Квачука удостоен диплома I степени на районном этапе республиканского конкурса «Энергомарафон–2021».

Поделиться ссылкой: