Алгоритм решения задач на уравнение теплового баланса

Алгоритм решения задач на уравнение теплового баланса
Вершинина Фаина Владимировна, учитель физики МАОУ СОШ № 35 г.Улан-Удэ
Задачи на уравнение теплового баланса встречаются в курсе физики в 8 классе и вскользь, очень коротко вспоминают о них в 10 классе, при прохождении молекулярно-кинетической теории. Сложные задачи встречаются в КИМах ЕГЭ. Обычно в задачах на уравнение теплового баланса описываются несколько тел, происходит несколько тепловых процессов, и в обычном оформлении условий задачи, ученики путаются, - к какому телу относится эта физическая величина. Часто ученики затрудняются в решении, казалось бы несложных задач из за обилия данных в условиях задачи. Поэтому я предлагаю алгоритм решения задач на уравнение теплового баланса, который включает другую запись условий задачи.
Алгоритм решения задач на уравнение теплового баланса
Прочитай условие задачи и определи, сколько тел встречается в тексте.
Условие задачи разбей на колонки и назови каждую колонку данным телом.
Определи, какие процессы происходят с каждым телом, и запиши в соответствующие колонки все необходимые физические величины.
Внизу каждой колонки запиши формулы, описывающие процесс, происходящий с данным телом.
Перед каждой формулой для нахождения количества теплоты поставь стрелочку вверх, если тело теряет тепло, и вниз, если тело поглощает тепло.
На основании закона сохранения энергии, составь уравнение теплового баланса.
Вырази неизвестную величину, подставь численные значения, получи ответ
Сделай вычисления с единицами измерения.
Например, задача № 1095 в «Сборнике задач по физике 7-9 В.И. Лукашик, В.И. Иванова» изд. Просвещение2007г.
Железная заготовка, охлаждаясь от температуры 800 до 0°С, растопила лед массой 3 кг, взятый при 0°С. Какова масса заготовки, если вся энергия, выделенная ею, пошла на плавление льда.
Условия задачи оформляем следующим образом:
Железо Лед
t₁=800°С m₂=3кг
t₂=0°С λ=34*10⁴Дж/кгс₁=460Дж/кг*°Сm₁-?
↑Q₁= с₁ m₁( t₁- t₂) ↓Q₂=λ m₂
Какие процессы происходят с каждым телом?
Уравнение теплового баланса имеет вид:
Q₁=Q₂
с₁ m₁( t₁- t₂)= λ m₂
выражаем неизвестную величину m₁= λ m₂/с₁( t₁- t₂)
m₁=2,8кг
Вычисления с единицами измерений делать надо обязательно для проверки правильности выведенной формулы.
[ Дж*кг*кг*°С/Дж*кг*°С=кг]
Второй пример, задача№ 662 из «Сборника задач по физике 10-11» А.П.Рымкевич изд. Дрофа 2002г:
В стальной сосуд массой 300г налили 1,5л воды при 17°С. В воду опустили кусок мокрого снега массой 200г. Когда снег растаял, установилась температура 7°С. Сколько воды было в комке снега?
Условия задачи оформляем следующим образом:
Сталь Вода Снег с водой
m₁=0,3кг m₂=1,5кг m₃+m₄=0,2кг
t₁=17°С t₁=17°С t₃=0°С
t₂=7°С t₂=7°С t₂=7°Сс₁=460Дж/кг°С с₂=4200 Дж/кг°С λ=334*10³Дж/кг с₂= 4200 Дж/кг°С
m₄-?
↑Q₁=с₁m₁(t₁-t₂) ↑ Q₂=с₂m₂ (t₁-t₂) ↓Q₃=λm₃ ↓Q₄=с₂( m₃+m₄)(t₂-t₃)
Какие процессы происходят с каждым телом?
Уравнение теплового баланса имеет вид:
Q₁+Q₂=Q₃+Q₄
с₁m₁(t₁-t₂) + с₂m₂ (t₁-t₂) = λm₃+ с₂( m₃+m₄)(t₂-t₃)
выражаем неизвестную величину
m₃=[ с₁m₁(t₁-t₂) + с₂m₂ (t₁-t₂) - с₂( m₃+m₄)(t₂-t₃)]/λm₃=0,023кг=23г
[(Дж*кг*°С/кг*°С+ Дж*кг*°С/кг*°С- Дж*кг*°С/кг*°С)кг/Дж=Дж*кг/Дж=кг]
При таком подходе к решению задач сама запись условий задачи приводит к составлению уравнения теплового баланса, ученики, пользуясь алгоритмом, легко справляются с аналогичными задачами любой сложности.
Литература
1.В.И.Лукашик, Е.В.Иванова. Сборник задач по физике 7-9-М Просвещение,2007.
2.А.П. Рымкевич . Физика. Задачник.10-11кл. Пособие для общеобразовательных учебных заведений. М. Дрофа, 2002