Что такое тепло? — Урок

Предпосылки и концепции урока для учителей

Демонстрационные материалы: Для этого урока предлагается несколько простых и эффективных демонстраций. Для демонстрации тепловой энергии требуются два прозрачных контейнера, в которых можно хранить горячую воду, а также горячую воду, ледяную воду и несколько капель пищевого красителя. Для демонстрации проводимости требуется одна свеча, подходит к трем маленьким гвоздям / кнопкам, рукавице для духовки и ножовке или металлическому стержню (не из нержавеющей стали).Для дополнительной быстрой демонстрации проведения требуется от пяти до 10 надутых воздушных шаров. Инструкции по подготовке демонстрации и презентации представлены на слайдах и примечаниях к слайдам 4 и 14.

Дополнительный справочный материал Раздел (ниже) содержит очень подробное обсуждение тепла. Хотя этот материал, как правило, выше уровня шестого класса, он представляет основную справочную информацию для учителя, чтобы он мог ответить на продвинутые вопросы учащихся.

Используйте 21 слайд Что такое тепло? Презентация, файл Microsoft PowerPoint®, для непосредственной передачи содержания урока с использованием приведенных ниже инструкций; в качестве альтернативы, используйте презентацию для ознакомления с другими методами обучения. Обратите внимание, что каждый слайд включает в себя справочную информацию и информацию для обсуждения в разделах примечаний, которые не представлены ниже и недоступны в версии PDF. Кроме того, слайды являются анимированными, поэтому при нажатии на них отображается следующий текст или компонент.

( Slide 1 ) Что такое тепло? Подсказывают ли изображения на этом слайде? Тепло — это энергия, которая имеет какое-то отношение к температуре и является важным понятием, используемым инженерами при разработке многих продуктов, которые мы используем каждый день.

( Slide 2 ) Начните обсуждение того, что произойдет с температурой напитка в каждом случае (горячий шоколад, холодный чай), если оставить его без присмотра на 30 минут. Почему одни вещи становятся теплее, а другие холоднее, если их не использовать? Со временем и то, и другое в конечном итоге станет комнатной температуры. Горячий напиток высвобождает энергию; холодный напиток поглощает энергию.

( Slide 3 ) Напомните учащимся об энергии и некоторых ее различных формах. Ожидайте, что они вспомнят, что движущиеся объекты обладают кинетической энергией.Покажите анимацию, которая поможет визуализировать взаимосвязь между температурой и кинетической энергией: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Translational_motion.gif.

Движение молекул газа, авторское право

Авторские права © 1995 Грег Л., Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Непортировано https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Translational_motion.gif

( Slide 4 ) Проведите демонстрацию класса, чтобы показать температуру и кинетическую энергию с помощью пищевого красителя. : Приготовьте отдельные прозрачные чашки с горячей и холодной водой (лучше всего ледяная вода; удалите лед для демонстрации).В каждую чашку поместите каплю пищевого красителя и попросите учащихся понаблюдать за происходящим. Ожидайте, что они заметят, что пищевой краситель в горячей воде распространяется быстрее, чем в холодной. После объяснения механизма полезно повторить этот эксперимент. Альтернатива: Если провести эту демонстрацию невозможно, покажите 2:52-минутное видео «Движущиеся молекулы воды» (ссылка также указана в разделе «Дополнительная поддержка мультимедиа»).

( Slide 5 ) Расскажите о том, что студенты наблюдали в демонстрации.Чем быстрее перемешивается горячая вода, тем быстрее краситель рассеивается. Затем покажите анимацию броуновского движения на https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brownian_motion_large.gif. Мы можем думать о маленьких точках как о молекулах воды, а о желтых точках — как о гораздо более крупных молекулах красителя, которые отскакивают от теплового колебания молекул воды. Это было обнаружено шотландским ботаником Робертом Брауном, который использовал микроскоп, чтобы исследовать образцы пыльцы в воде. Он не мог видеть молекулы воды, но заметил, что пыльца в более горячей воде колеблется больше, чем в более холодной.Явление было названо в его честь: Броуновское движение.

( Slide 6 ) Подчеркните, что тепловая энергия присутствует во всем, даже если это то, что мы считаем холодным.

( Slide 7 ) Объясните определение тепла как текущей тепловой энергии и уточните направление теплового потока — от более горячего объекта к более холодному. Передача энергии всегда происходит из более высоких состояний энергии в более низкие.

( Слайды 8-13 ) Используйте предоставленные изображения чашки горячего кофе, рожка мороженого и чайника на конфорке в качестве примеров, чтобы рассказать о направлении теплового потока.Попросите учащихся нарисовать стрелки, чтобы показать направление теплового потока; ходите по комнате, чтобы проверить их понимание. Убедитесь, что учащиеся понимают, что 1) тепло — это форма энергии, которая передается за счет разницы температур; разница в температуре необходима для прохождения тепла, 2) тепло всегда течет от горячего к холодному, или, точнее, тепло течет от более высокой температуры к более низкой температуре, и 3) единицы тепла — джоули, как и кинетическая энергия. Три различных типа теплопередачи (движение тепловой энергии) — это теплопроводность, конвекция и излучение.«Мысленные эксперименты» на слайде , слайд 13, с использованием примеров горячего супа и снежков дают студентам возможность научиться использовать правильную терминологию и полные предложения, чтобы объяснить, как течет тепло. Убедитесь, что учащиеся понимают, что между объектами с одинаковой температурой не происходит теплопередачи.

( Slide 14 ) Представьте первый тип теплопередачи, теплопроводность, то есть теплопередачу внутри или между твердыми объектами. Руками мы ощущаем теплопередачу за счет теплопроводности всякий раз, когда касаемся чего-то более горячего или холодного, чем наша кожа.

На этом этапе представляет демонстрацию проведения, которую вы подготовили заранее . Перед занятием используйте капли воска для свечей, чтобы «приклеить» два или три маленьких гвоздя или канцелярских кнопки к ножовке или металлическому стержню. Расположите гвозди на расстоянии примерно 1 дюйма друг от друга, при этом первый из них должен находиться на расстоянии 1-2 дюйма от конца лезвия / стержня. Удерживайте другой конец лезвия / стержня прихваткой для духовки или прибейте его к деревянному бруску. Нагрейте конец стержня пламенем свечи. По мере того, как тепло передается вниз, воск, удерживающий ногти, плавится и последовательно опускает ногти один за другим.Это показывает учащимся, как тепло распространяется по стержню.

Затем проведет еще один класс демонстрации по теплопроводности . Раздайте каждому из пяти-десяти студентов-добровольцев надутый воздушный шар и попросите их держать их вместе, соприкасаясь, в линию. Начните покачивать один конец лески и понаблюдайте, как это покачивание перемещается по линии воздушных шаров.

( Слайды 15-19 ) Представьте и рассмотрите два других способа передачи тепла от одного объекта к другому: конвекцию и излучение.Каждый слайд начинается с обсуждения и примеров, а затем дает определение, которое можно использовать для создания словарного запаса учащихся.

( Slide 20 ) Представьте концепцию изоляции, которая важна для теплопередачи и необходима для понимания связанных с ней действий Keep It Hot! . Помимо уютной прихватки и хлопчатобумажной чашки, другие примеры изоляции включают стены и крышу домов, многослойные окна, термос для напитков, изоляцию вокруг автомобильных двигателей, чтобы пассажиры оставались прохладными, внутри реактивного двигателя, материал снаружи помещения. челнок, пластиковый кожух на проводах, свитер или куртка, а также стенки холодильника и духовки.

( Slide 21 ) Завершите краткий обзор ключевых терминов: тепло, теплопроводность, конвекция, излучение, изоляция и то, что тепло течет от горячего (или более высокой температуры) к холодному (или более низкой температуре).

Дополнительные справочные материалы

Тепло в технике: Тепло — это поток тепловой энергии, возникающий из-за разницы температур. Когда две вещи разной температуры находятся рядом друг с другом, течет тепловая энергия. Эта текущая энергия называется теплом.Вентиляторы, которые слышат жужжание компьютеров, предназначены для отвода тепла, выделяемого электроникой. Без этих вентиляторов компьютеры плавились бы или стали причиной пожара. Зимним утром надеваем пальто, чтобы не замерзнуть. Тепло и то, как оно течет внутри и между объектами — это то, что мы испытываем каждый день, и это фундаментальная инженерная проблема.

Тепловая энергия и тепло: В каждом объекте Вселенной хранится тепловая энергия. Тепловая энергия — это энергия, воплощенная в колебаниях, вращениях и перемещениях атомов и молекул.Это движение очень быстрое, значительно быстрее, чем показано в обычно показываемых анимациях, и значительно быстрее, чем массовое перемещение (например, поток молекул воды в реке). Ожидайте, что присутствие энергии в системе колеблющихся, подпрыгивающих молекул будет очень очевидным для студентов, которые уже понимают концепцию кинетической энергии; действительно, лежащий в основе физический механизм похож.

Энергия, содержащаяся в тепловом «покачивании», является функцией многих факторов, таких как масса частиц и скорость их движения.Однако для данного материала более быстрое движение молекул означает наличие большей тепловой энергии.

Тепловую энергию практически невозможно ограничить одним местом. Скорее, это можно причинно наблюдать каждый день. Оставленная на прилавке чашка чая остынет. Прикосновение к крышке горячей кастрюли обжигает руку. Объекты, находящиеся в тепловом контакте, стремятся к тепловому равновесию, то есть они обмениваются тепловой энергией до тех пор, пока оба объекта не будут иметь одинаковую температуру. Когда тепловая энергия движется вокруг, текущая тепловая энергия называется теплом.Это несколько сбивает с толку инженерная терминология «теплопередачи» (изучение того, как это тепло перемещается), которая в некоторой степени избыточна, поскольку слово «тепло» уже передает движение тепловой энергии. В этом документе термины «тепло», «тепловой поток» и «теплопередача» означают поток тепловой энергии.

Один из распространенных примеров теплового равновесия — чашка горячего чая. Тепловая энергия горячего чая будет течь (в виде тепла) в воздух, потому что температура чая выше, чем температура воздуха.Тепло, выходящее из чая, снижает его температуру. Тепло, поступающее в воздух, вызывает повышение температуры воздуха. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура чая и воздуха не станет одинаковой, то есть до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие и больше не будет стимула для движения тепловой энергии в виде тепла. Это обсуждается далее в презентации с использованием аналогии с лыжником на холме.

Механизм теплового потока можно понять, вспомнив тепловое «покачивание».«Представьте, что ставите кастрюлю комнатной температуры на горячую плиту. Первоначально температура кастрюли 25 ° C, в то время как температура элемента для приготовления пищи может быть 600 ° C. Мы знаем, что тепло течет от элемента к кастрюле, потому что температура кастрюли увеличивается. Если у нас был достаточно мощный микроскоп, и мы могли наблюдать за атомами в элементе и горшке. Атомы в горшке с более низкой температурой будут покачиваться намного медленнее, чем атомы в элементе. Так как эти два соприкасаются, в конечном итоге возникает энергично покачивающийся атом элемента. сталкивается с более медленным покачивающимся атомом горшка.Подобно тому, как быстро движущийся биток сталкивается с восьмым шаром и передает часть своей кинетической энергии, элемент передает свою тепловую энергию горшку посредством бесчисленных таких столкновений.

Следующее — очень тонкий момент. Атомы медленно покачивающегося горшка в предыдущем примере могут столкнуться с быстро колеблющимися атомами элементов и передать некоторую кинетическую энергию ОТ КАБИНА К ЭЛЕМЕНТУ. Это совершенно противоположно установленному направлению теплопередачи, то есть от высокой температуры к низкой (или «от горячего к холодному», если проще повторять сокращенную фразу).Хотя этот «противоположный» механизм может происходить в изолированных взаимодействиях, усреднение потока тепла по миллиардам и миллиардам столкновений всегда приводит к направлению «горячее к холодному», с которым мы все знакомы. Тепловое равновесие достигается, когда эти столкновения (опять же в среднем) включают одинаковое количество энергии, поступающей в горшок и из него. В этот момент оба предмета имеют одинаковую температуру, и тепло перестает течь. В этом смысле «холод» — это не текучая субстанция. То, что происходит, когда я держу банку ледяной газировки, НЕ «течет в мою руку».«Человек, держащий банку, испытывает ощущение холода в руке, потому что тепловая энергия в руке течет в виде тепла в банку с газировкой с более низкой температурой, и через некоторое время они достигают теплового равновесия.

Типы теплопередачи: Тепловые потоки от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкой температурой происходят в трех формах, которые инженеры называют теплопередачей: теплопроводность, конвекция и излучение.

Проводимость — это тепловой поток внутри твердых предметов или между ними.Если коснуться верхнего края горшка в ранее описанном примере, они сгорят. Хорошо известно, что тепло течет от дна кастрюли к верхнему краю, крышке и ручке. Механизм этого теплового потока такой же, как описано в примере горшка и элемента. Атомы на дне горшка покачиваются более горячими атомами элементов. Затем атомы горшка «передней линии» сталкиваются со своими соседями, а затем со следующими соседями, в конечном итоге передавая тепловую энергию по всему горшку.

Для работы с чугунной сковородой, оставленной на плите достаточно долго, требуется прихватка для духовки. Тепло течет от элемента к сковороде, поднимается по краям и вдоль ручки. Сковорода с деревянной или пластиковой ручкой не страдает от этой проблемы, потому что эти материалы имеют гораздо более низкую теплопроводность (свойство материалов, которое описывает, насколько хорошо что-то проводит тепловую энергию), чем ручка железной кастрюли. Изоляторы, такие как шерсть, дерево и пенополистирол, имеют низкую теплопроводность и полезны для замедления потока тепла.Материалы с высокой теплопроводностью, такие как медь, алюминий и стекло, используются для более быстрого распространения тепла. Как свидетельствует выбор материалов, используемых для электрических проводников и изоляторов, большинство материалов с высокой электропроводностью также обладают высокой теплопроводностью.

Конвекция — это поток тепла в газах или жидкостях; оба они называются инженерами «жидкостями». Фен является прекрасным примером конвекции. Металлический элемент внутри фена, как и элемент печи, нагревается электричеством.Представьте, если бы внутри фенов не было вентиляторов. Молекулы воздуха рядом с атомами горячих элементов будут сталкиваться, и в них будет течь тепло. В случае твердого горшка атомы горшка не могут сильно перемещаться, потому что горшок твердый. Атомы горшка могут покачиваться и вибрировать, но не могут летать по комнате (если не нагреть до очень высокой температуры). В фене молекулы газообразного воздуха движутся гораздо свободнее. Они делают это естественным образом в процессе, называемом свободной конвекцией, который можно описать знакомым механизмом «подъема горячего воздуха».«Поднимающийся вверх горячий воздух позволяет молекулам свежего холодного воздуха вступать в контакт с атомами горячих элементов. Принудительная конвекция — это то, что происходит в фене — вентилятор выдувает высокоскоростные молекулы воздуха над горячим элементом. В обоих случаях конвекции колеблющиеся молекулы воздуха продолжают колебаться, когда их отталкивают от элемента. В зависимости от того, насколько быстро новые молекулы воздуха проталкиваются мимо элемента, конвекция может перемещать тепло на гораздо большие расстояния и намного быстрее, чем проводимость. Лучшее средство от ожога пальца это поместить его под проточную воду из-под крана.Тонкости принудительной и свободной конвекции выходят за рамки шестого класса. В презентации вся теплопередача в жидкостях и газах просто обозначается как конвекция с примерами более простой принудительной конвекции с приводом от вентилятора.

Радиация — это поток тепла, переносимый маленькими пакетами энергии, называемыми фотонами. Радиация может передавать тепло между двумя объектами даже в пустом космосе, именно так энергия Солнца попадает на Землю. Хотя радиации не нужен воздух для передвижения, она может проходить через газы, жидкости и даже некоторые твердые тела.Причина радиации довольно сложна. Когда заряженная частица ускоряется, она испускает немного излучения, называемого фотоном. Все во Вселенной испускает излучение, потому что тепловая энергия заставляет электроны ускоряться и излучать излучение (все во Вселенной имеет некоторую тепловую энергию). Количество излучения, излучаемого объектом, пропорционально его температуре в четвертой степени, поэтому излучение является доминирующей формой передачи тепла только при довольно высоких температурах. Как и раньше, механизм теплового потока через излучение можно представить на примере столкновения с бильярдным шаром (хотя это не столь точное объяснение физики, лежащей в основе излучения, этого достаточно).Фотон от высокотемпературного объекта ударяется об атом в более низкотемпературном объекте, заставляя его покачиваться сильнее, повышая температуру более холодного объекта. Так же, как и в исходном обсуждении «горшок / элемент», существует некоторая тонкость. Поскольку все объекты (даже кометы с температурой -400 ° F) излучают некоторое количество излучения, кубик льда рядом с раскаленным докрасна куском железа передает энергию от себя к железу посредством излучения. Но на каждый фотон ледяного куба, ударяющийся о атом железа, многие тысячи фотонов передают тепло от железа ко льду.Итак, в среднем тепло перетекает с горячего на холодное.

Все три формы теплового потока возникают одновременно, хотя некоторые из них обычно преобладают, что позволяет инженерам игнорировать другие. При продувке большим вентилятором куска металла с температурой 100 ° C почти полностью возникает конвекция, но небольшая теплопроводность (скажем, в землю) и небольшое излучение (нагрев стен комнаты) все же происходит.

Эффективность человеческого тела — Физика тела: движение к метаболизму

Все функции организма, от мышления до подъема тяжестей, требуют энергии. Многие мелкие мышечные движения, сопровождающие любую спокойную деятельность, от сна до чесания головы, в конечном итоге превращаются в тепловую энергию, как и менее заметные мышечные действия сердца, легких и пищеварительного тракта. Уровень , при котором организм использует энергию пищи для поддержания жизни и выполнения различных действий, называется скоростью метаболизма.Общий коэффициент преобразования энергии человека в состоянии покоя называется базальным уровнем метаболизма (BMR) и распределяется между различными системами в организме, как показано в следующей таблице:

Наибольшая часть энергии идет в печень и селезенку, а затем в мозг.Около 75% калорий, сжигаемых за день, идет на эти основные функции. Полные 25% всей основной метаболической энергии, потребляемой организмом, используется для поддержания электрических потенциалов во всех живых клетках. (Нервные клетки используют этот электрический потенциал в нервных импульсах.) Эта биоэлектрическая энергия в конечном итоге становится в основном тепловой энергией, но некоторая часть используется для питания химических процессов, таких как в почках и печени, а также при производстве жира. BMR — это функция возраста, пола, общей массы тела и количества мышечной массы (которая сжигает больше калорий, чем телесный жир).Благодаря этому последнему фактору у спортсменов больше BMR. Конечно, во время интенсивных упражнений потребление энергии скелетными мышцами и сердцем заметно возрастает. Следующая диаграмма суммирует основные энергетические функции человеческого тела.

Тепло

Тело способно накапливать химическую потенциальную энергию и тепловую энергию внутри. Помня, что тепловая энергия — это просто кинетическая энергия атомов и молекул, мы признаем, что эти два типа энергии хранятся микроскопически и внутри тела. Поэтому мы часто объединяем эти два типа микроскопической энергии во внутреннюю энергию (

). Когда объект теплее, чем его окружение, тогда тепловая энергия будет передаваться от объекта к окружению, но если объект холоднее, чем его окружение, тогда тепловая энергия будет передаваться объекту из его окружения.Количество тепловой энергии, передаваемой из-за разницы температур, часто называют теплом (). Когда тепло передается из тела в окружающую среду, мы говорим, что это тепло выхлопных газов, как показано на предыдущем рисунке. Мы узнаем больше о том, как связаны температура и теплопередача, в следующем разделе.

Энергосбережение

Принцип сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Следовательно, если тело выполняет полезную работу по передаче механической энергии своему окружению (

) или передаче тепловой энергии окружающей среде в виде тепла, то эта энергия должна исходить из внутренней энергии тела.Мы наблюдаем это повсюду в природе как Первый закон термодинамики:

(1)

Тепловые двигатели

Ваше тело использует химическую потенциальную энергию, хранящуюся внутри, для работы, и этот процесс также генерирует тепловую энергию, которую вы выделяете в виде тепла выхлопных газов. Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащено большинство автомобилей, работают аналогичным образом, преобразуя химическую потенциальную энергию топлива в тепловую энергию посредством сгорания, затем преобразуя часть тепловой энергии в полезную работу и сбрасывая часть в тепло выхлопных газов.Ваше тело способно высвобождать химическую потенциальную энергию из вашей пищи без сгорания, что хорошо, потому что вы не можете использовать тепловую энергию вашей внутренней энергии для выполнения работы. Машины, которые могут использовать тепловую энергию для работы, например двигатель внутреннего сгорания, известны как тепловые двигатели. Тепловые двигатели по-прежнему подчиняются Первому закону термодинамики, поэтому любое тепло выхлопных газов должно быть тепловой энергией, которая не использовалась для выполнения работы. Тепловая энергия, которую можно использовать для работы, а не тратить впустую в виде тепла выхлопных газов, определяет эффективность теплового двигателя.

Эффективность человеческого тела в преобразовании химической потенциальной энергии в полезную работу известна как механическая эффективность тела. Мы часто вычисляем механический КПД тела в процентах:

(2)

Механическая эффективность тела ограничена, потому что энергия, используемая для метаболических процессов, не может использоваться для полезной работы. Дополнительная тепловая энергия, генерируемая во время химических реакций, приводящих в действие мышечные сокращения наряду с трением в суставах и других тканях, еще больше снижает эффективность людей..

«Увы, наши тела не могут эффективно преобразовывать энергию пищи в механическую продукцию. Но при КПД около 25 % и мы на удивление хороши, учитывая, что большинство автомобилей имеют около 20 % , а кукурузное поле Айовы только около 1,5 % эффективности при преобразовании поступающего солнечного света в химическое хранилище [потенциальной энергии]. ” Для превосходного обсуждения механической эффективности человека и сравнения с другими машинами и источниками топлива см. MPG of a Human Тома Мерфи, источника предыдущей цитаты.

Повседневный пример: энергия для подъема по лестнице

Предполагая, что механический КПД при подъеме по лестнице составляет 20%, насколько уменьшится ваша внутренняя энергия, когда человек весом 65 кг поднимется по лестнице высотой 15 м ? Сколько тепловой энергии человек передает в окружающую среду в виде тепла выхлопных газов?

Во-первых, давайте вычислим изменение потенциальной энергии гравитации:

Человек действительно работал над преобразованием химической потенциальной энергии своего тела в механическую энергию, в частности, в потенциальную гравитационную энергию.Однако их эффективность составляет всего 20%, а это означает, что только 1/5 химической потенциальной энергии, которую они используют, идет на полезную работу. Следовательно, изменение химической потенциальной энергии должно быть в 5 раз больше, чем выходная мощность механической работы

Используемая химическая потенциальная энергия возникла из внутренней энергии человека, поэтому:

Мы можем использовать Первый закон термодинамики, чтобы найти тепловую энергию, исчерпываемую человеком:

(3)

Перестановка для

:

Мы обнаружили, что тепло отрицательно, что имеет смысл, потому что человек истощает тепловую энергию из тела в окружающую среду, поднимаясь по лестнице.

В качестве альтернативы, мы могли бы сразу знать, что выхлопное тепло должно составлять 4/5 от общей потери внутренней энергии, потому что только 1/5 идет на выполнение полезной работы. Итак, тепло выхлопа должно быть:

Примеры на каждый день

Какую долю бублика вам нужно съесть, чтобы восполнить потерю внутренней энергии (в виде химической потенциальной энергии) 47 775 Дж , которую мы рассчитали в предыдущем повседневном примере с подъемом по лестнице?

Есть 1,464,400 J / бублик

Следовательно нам нужно съесть:

Пищеварительный процесс — это в основном процесс окисления пищи, поэтому потребление энергии прямо пропорционально потреблению кислорода. Таким образом, мы можем определить реальную энергию, потребляемую во время различных видов деятельности, измеряя использование кислорода.В следующей таблице показаны уровни потребления кислорода и соответствующей энергии для различных видов деятельности.

Примеры на каждый день: снова восхождение по лестнице

В предыдущих примерах мы предполагали, что наша механическая эффективность при подъеме по лестнице составляет 20%. Давайте воспользуемся данными из приведенной выше таблицы, чтобы проверить это предположение. Данные в таблице приведены для человека весом 76 кг и , который поднимается по 116 ступеням в минуту. Давайте посчитаем скорость, с которой этот человек выполнял механическую работу, поднимаясь по лестнице, и сравним скорость, с которой он израсходовал внутреннюю энергию (первоначально из пищи).

Минимальная стандартная высота ступеньки в США составляет 6,0 дюймов (0,15 м ), тогда потенциальная энергия гравитации человека весом 76 кг будет увеличиваться на 130 Дж с каждым шагом, как рассчитано ниже:

При подъеме по 116 ступеням в минуту скорость использования энергии или мощности составит:

Согласно нашей таблице данных, тело использует 685 Вт для подъема по лестнице с такой скоростью. Подсчитаем КПД:

В процентном отношении этот человек имеет 32% механической эффективности при подъеме по лестнице.Возможно, мы недооценили в предыдущих примерах, когда предполагали, что эффективность подъема по лестнице составляет 20%.

Мы часто говорим о «сжигании» калорий, чтобы похудеть, но что это на самом деле означает с научной точки зрения ?. Во-первых, мы действительно имеем в виду потерю массы, потому что это мера того, сколько веществ находится в нашем теле, а вес зависит от того, где вы находитесь (на Луне все по-другому). Во-вторых, наши тела не могут просто обмениваться массой и энергией — это разные физические величины и даже не одинаковые единицы.Так как же нам похудеть, тренируясь? На самом деле мы не удаляем атомы и молекулы, из которых состоят такие ткани тела, как жир, «сжигая» их. Вместо этого мы расщепляем молекулы жира на более мелкие молекулы, а затем разрываем связи внутри этих молекул, высвобождая потенциальную химическую энергию, которую мы в конечном итоге преобразуем в работу и отводим тепло. Атомы и более мелкие молекулы, образующиеся в результате разрыва связей, объединяются, образуя углекислый газ и водяной пар (CO ₂ и H ₂ O), и мы выдыхаем их.Мы также выделяем небольшое количество H ₂ O с потом и мочой. Процесс похож на сжигание дров в костре — в итоге у вас остается намного меньше массы золы, чем у оригинальной древесины. Куда делась остальная масса? В воздух как CO ₂ и H ₂ O. То же самое верно и для топлива, сжигаемого вашей машиной. Подробнее об этой концепции смотрите в первом видео ниже. Поистине удивительный факт заключается в том, что ваше тело завершает этот химический процесс без чрезмерных температур, связанных с сжиганием древесины или топлива, которые могут повредить ваши ткани.Уловка организма заключается в использовании ферментов, которые представляют собой узкоспециализированные молекулы, которые действуют как катализаторы для повышения скорости и эффективности химических реакций, как описано и анимировано в начале второго видео ниже.

Подобно эффективности тела, эффективность любого энергетического процесса может быть описана как количество энергии, преобразованной из входной формы в желаемую форму, деленное на исходное входное количество.Следующая диаграмма показывает эффективность различных систем при преобразовании энергии в различные формы. Диаграмма не учитывает стоимость, риск опасности или воздействие на окружающую среду, связанное с требуемым топливом, строительством, техническим обслуживанием и побочными продуктами каждой системы.

Проверьте вкладку «Энергетические системы» в этом моделировании, чтобы визуализировать различные системы преобразования энергии.

планов уроков по энергетике и термодинамике в старших классах, домашние задания, тесты

Высшая школа энергетики и термодинамики

• • Двенадцатый класс
  • 1,477 Просмотры

  Внутренняя энергия и температура

  Кэтрин Ричард

  Место нахождения: Теплофизика

  Цель: * SLG и фазовые изменения *Внутренняя энергия * Температурные шкалы

• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 1,134 Просмотры

  Калориметрия и Flamin ‘Hot Cheeto Lab

  Джефф Астор

  Место нахождения: Термодинамика и калориметрия

  Цель: 7.6 — Используя данные калориметрии, я могу использовать свои знания об изменении температуры и удельной теплоемкости для расчета количества тепла, переданного для заданного…

  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
• • Шестой класс
    Седьмой класс, Восьмой класс, Девятый класс еще 3 …, Седьмой класс, Восьмой класс, Девятый класс
  • 761 Просмотры
  • Шестой класс
    Седьмой класс, Восьмой класс, Девятый класс еще 3…, седьмой класс, восьмой класс, девятый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
  • 551 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
  • 725 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс

• Большая идея: Удельная теплоемкость вещества определяет, сколько энергии требуется для изменения температуры образца в зависимости от его массы.

  Ресурсы (12)

  Размышления (1)

  Избранное (46)

• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 201 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 273 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 258 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 79 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 121 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 56 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 83 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс
• • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1…, одиннадцатый класс
  • 71 Просмотры
  • Десятый класс
    Одиннадцатый класс еще 1 … Одиннадцатый класс

Что-то пошло не так.Смотрите подробности для получения дополнительной информации

Отопление как передача энергии | Тепло: передача энергии

Отопление как передача энергии

В предыдущей главе мы рассмотрели тепловые системы. Тепловая энергия объекта — это количество энергии, которое он имеет внутри, другими словами, его внутренняя энергия. В тепловой системе тепловая энергия передается от одного объекта к другому. Тепло — это передача тепловой энергии от системы к окружающей среде или от одного объекта к другому.Эта передача энергии происходит от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.

Очень важно знать, что в науке тепло и температура — это не одно и то же.

• Тепло — это передача тепловой энергии от системы к ее окружению или от одного объекта к другому в результате разницы температур. Теплота измеряется в джоулях (Дж). Это потому, что тепло — это передача энергии.

• Температура — это мера того, насколько горячим или холодным является вещество, которое измеряется в градусах Цельсия (° C). Температура — это мера средней кинетической энергии частиц в объекте или системе. Мы используем термометр для измерения температуры объекта или вещества.

Заполните следующую таблицу, чтобы суммировать разницу между теплом и температурой

Вот заполненная таблица:

Тепло — это передача энергии.Во время передачи энергии энергия перемещается от более горячего объекта к более холодному. Это означает, что более горячий объект остынет, а более холодный — нагреется. Передача энергии будет продолжаться до тех пор, пока оба объекта не достигнут одинаковой температуры.

Существует 3 способа передачи тепловой энергии от одного объекта / вещества к другому или от системы к окружающей среде:

1. Проводимость
2. Конвекция
3. Излучение

Рэп-песня, которая познакомит вас (и поможет запомнить!) Проводимости, конвекции и излучения.

Давайте посмотрим на них подробнее.

Проводимость

• проводимость
• проводник
• изолятор

Предлагается ввести эту тему: спросить учащихся, что происходит с металлической чайной ложкой, когда они кладут ее в свой горячий напиток. Если возможно, кратко продемонстрируйте это в классе, даже используя стакан с горячей водой и металлический стержень.Кроме того, используйте пластиковую чайную ложку, чтобы продемонстрировать разницу, поскольку пластик является изолятором.

Вы замечали, что когда вы кладете холодную металлическую чайную ложку в чашку горячего чая, ручка чайной ложки через некоторое время также нагревается? Вы когда-нибудь задумывались, как это тепло «переходило» от горячего чая к холодной чайной ложке и согревало ее? Это один из способов передачи энергии, который называется проводимостью , . Давайте узнаем, как это работает.

Когда энергия передается объекту, энергия частиц увеличивается. Это означает, что частицы обладают большей кинетической энергией, и они начинают двигаться и вибрировать быстрее. По мере того, как частицы движутся быстрее, они «натыкаются» на другие частицы и передают часть своей энергии этим соседним частицам. Таким образом, энергия передается через вещество на другой конец. Этот процесс называется проводимостью .Частицы проводят энергию через вещество, как показано на схеме.

Продемонстрируем это практически.

Установите эту демонстрацию перед классом, когда вы начнете говорить о дирижировании.

МАТЕРИАЛЫ:

• Горелка Бунзена
• металлический стержень
• Вазелин
• канцелярские скрепки, канцелярские кнопки или английские булавки
• две деревянные подставки или стопка книг или деревянных блоков для создания двух подставок с обеих сторон
• 2 штифта

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Установите устройство, как показано на схеме.
2. Покройте стержень вазелином и поместите его между двумя стойками с колышками, чтобы он не скатился, и удерживайте его на месте. Стержень должен выходить за левую стойку, и здесь должна быть размещена горелка Бунзена, чтобы вазелин не плавился из-за излучения горелки Бунзена, а проводился вдоль металлического стержня.
3. Прикрепите канцелярские скрепки или булавки к стержню, воткнув их в вазелин.
4. Зажгите горелку Бунзена и нагрейте один конец стержня.
5. Наблюдайте, как бумажные булавки или булавки одна за другой падают, когда энергия проходит через стержень.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Ваш учитель настроит демонстрацию, как показано на схеме ниже.
2. Понаблюдайте, что происходит с булавками или скрепками, когда зажигается горелка Бунзена и к одному концу металлического стержня прикладывается тепло.

В качестве упражнения на удлинение вы можете включить еще одно исследование, в котором вы измеряете скорость передачи энергии по металлическому стержню.Повторите эксперимент, поместив булавки для рисования с интервалом 5 см на длинный металлический стержень. Зажмите металлический стержень и нагрейте один конец над горелкой Бунзена. Используйте секундомер, чтобы отследить, сколько времени нужно, чтобы каждая канцелярская кнопка упала, и запишите результаты на графике. Это можно было бы еще больше расширить, используя разные металлы и поместив все результаты на один набор осей. Градиент графиков дает скорость теплопроводности.

ВОПРОСЫ:

Что происходит со стержнем над ней, когда горит горелка Бунзена?

Энергия передается металлу стержня прямо над ним.Тепловая энергия этой части стержня увеличивается, и стержень нагревается.

Какая булавка или скрепка упала с металлического стержня первой? Ближайший или самый дальний от горелки Бунзена?

Ближайший к горелке Бунзена упал первым.

Что это говорит нам о том, как тепло проходит по стержню?

Тепло передается от наиболее горячего к более холодному концу стержня.

Давайте снова подумаем о чайной ложке в чае.Чай горячий, а металлическая ложка холодная. Когда вы кладете металлическую чайную ложку в горячий чай, часть тепловой энергии чая передается металлическим частицам. Частицы металла начинают быстрее вибрировать и сталкиваться с соседними частицами. Эти столкновения распространяют тепловую энергию вверх через чайную ложку. От этого ручка чайной ложки становится горячей.

Проводимость — это передача тепловой энергии между соприкасающимися объектами. В примере с чайной ложкой частицы чая соприкасаются с частицами металлической ложки, которые, в свою очередь, соприкасаются друг с другом, и именно так тепло передается от одного объекта к другому.

Все ли материалы проводят тепло одинаково? Давай выясним.

Заблуждения о температуре. Как вы думаете, почему ваш ковер зимой теплее плитки? Посмотрите это видео, чтобы узнать.

В ответ на видео в поле на полях о том, почему ваш ковер зимой теплее плитки, вы можете вернуться к этому вопросу после того, как проведете следующее расследование, а также посмотрите на пример формы для торта и торта. прямо из духовки.Вы можете вести обсуждение следующим образом:

• Начните с того, что спросите учащихся, почему они предпочли бы зимой стоять на ковре, а не на плитке. Они, наверное, ответят, что ковер теплее.
• Затем спросите их, какова, по их мнению, температура каждой поверхности. Учащиеся могут сказать, что им кажется, что плитка имеет более низкую температуру, чем ковер, потому что он кажется более холодным. Это неверно, так как плитка и ковер будут иметь одинаковую температуру, поскольку они оба некоторое время находились в одной и той же среде, и поэтому будут иметь одинаковую температуру.
• Однако, если вы снова зададите этот вопрос учащимся после проведения следующего исследования, а также после просмотра примера торта и формы для торта, они могут тогда понять, что это еще один пример разницы в проводимости.
• А именно, плитка и ковер имеют одинаковую температуру, но плитка лучше проводит энергию и поэтому отводит тепло от ваших ног быстрее, чем ковер, что заставляет плитку чувствовать себя холоднее в помещении. на самом деле они находятся при одинаковой температуре.

Это исследование покажет учащимся, что металлы проводят тепло лучше, чем неметаллы. Если возможно, посмотрите видео Veritasium, предоставленное по ссылке для посещения, перед занятием о заблуждениях, связанных с температурой, и которое демонстрирует эту деятельность. Начните с того, что попросите учащихся почувствовать блоки и спросите, какой из них холоднее. Алюминиевый блок будет холоднее.Затем спросите их, какой блок, по их мнению, растопит кубик льда быстрее всего. Как и на видео, большинство людей думают, что кубик льда на пластиковом блоке тает быстрее, так как он кажется более теплым, чем алюминиевый блок. Однако это заблуждение, и на занятиях будет продемонстрировано, что на самом деле именно алюминиевый блок заставляет кубик льда плавиться быстрее, поскольку металлы являются лучшими проводниками тепла.

ЦЕЛЬ: Исследовать, какие материалы являются лучшими проводниками тепла.

В этом исследовании мы разместим кубик льда на пластиковом блоке и на алюминиевом блоке и будем наблюдать, какой кубик льда тает быстрее всего.

ГИПОТЕЗА: Напишите гипотезу для этого исследования. Как вы думаете, какой блок растопит кубик льда быстрее всего?

Учащиеся могут предположить, что кубик льда тает на пластике быстрее, чем на алюминиевом блоке.Если они это сделают, убедитесь, что они вернутся, чтобы отвергнуть свою гипотезу и пересмотреть ее.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• пластиковый блок
• алюминиевый блок
• кубиков льда
• пластиковое кольцо для фиксации кубика льда на блоке

Вы можете использовать любой кусок пластика и алюминия (или другого металла), который сможете найти.по возможности используйте круглое кольцо, чтобы не пролить талую воду.

МЕТОД:

Сначала почувствуйте пластиковый блок и алюминиевый блок. Опишите, что они чувствуют.

Учащиеся заметят, что пластиковый блок на ощупь теплее металлического.

1. Поместите кубик льда на каждый блок и наблюдайте, что происходит.

НАБЛЮДЕНИЯ:

Какой кубик льда начинает таять первым и самым быстрым?

Сначала тает кубик льда на алюминиево-металлическом блоке.

Это то, что вы думали? Вернитесь к своей гипотезе.

Ответ, зависящий от учащегося. Большинство людей ошибочно считают, что кубик льда тает быстрее на пластиковом блоке, чем на металлическом.

ВЫВОДЫ:

Металл лучше проводит тепло, чем пластик, поскольку кубик льда на металле плавится первым.

Мы обсудим это в следующем абзаце о том, почему это происходит.

Так как это работает? Это связано с теплопроводностью , скоростью, с которой тепло передается от одного объекта к другому.

Когда вы изначально почувствовали блоки, вы почувствовали, что пластиковый блок теплее.Но мы заметили, что алюминиевый или металлический блок растопил кубик льда быстрее. Это потому, что металлический блок быстрее проводит тепло к кубику льда. Пластиковый блок является худшим проводником тепла, поэтому кубику льда передается меньше тепла, поэтому он не тает так быстро.

Почему тогда алюминиевый блок холоднее пластикового?

Это связано с тем, что алюминий быстрее отводит тепло от руки, чем пластик.Поэтому алюминиевый блок кажется холоднее, а пластиковый — теплее. Когда вы касаетесь чего-либо, вы на самом деле не чувствуете температуру. Скорее вы чувствуете скорость, с которой тепло отводится от вас или к вам.

Давайте подумаем о другом примере выпечки торта. Представьте, что вы только что закончили печь торт в духовке при температуре 180 ° C.

Когда вы вынимаете торт из духовки, что, скорее всего, обожжет вас больше: металлическая форма для выпечки или торт?

Скорее всего, форма для торта вызовет более серьезные ожоги.

В качестве следующего вопроса предложите учащимся поразмышлять о том, что они думают о температуре формы для торта и самой емкости. Многие люди ошибочно полагают, что олово горячее, чем торт, так как ощущается на горячее. На самом деле они имеют одинаковую температуру, так как они оба выпекали при 180 ° C.

Вы думаете, что торт и форма имеют одинаковую температуру, когда вы вынимаете их из духовки? Почему?

Да, пирог и форма имеют одинаковую температуру, так как выпекались при 180 oC.Учащиеся могут быть склонны сказать, что олово имеет более высокую температуру, чем торт, поскольку оно кажется более горячим, а металлическое олово вызовет более серьезный ожог, чем настоящий торт. Это заблуждение, и вы должны это обсудить. Как и в случае с алюминиево-пластиковым блоком, форма для выпечки и пирог имеют одинаковую температуру. Но металлическое олово проводит тепло к вашей руке быстрее, чем торт. Таким образом, металлическая банка будет более горячей на ощупь и с большей вероятностью вызовет серьезный ожог, чем торт.Когда вы касаетесь чего-либо, вы на самом деле не чувствуете температуру. Скорее вы чувствуете скорость, с которой тепло отводится от вас или к вам.

Если у вас есть возможность, посмотрите видео в поле Visit , набрав ссылку в своем интернет-браузере, даже на мобильном телефоне. В этом видео демонстрируется пример формы для торта и торта.

Мы видели еще один пример теплопроводности.Форма будет проводить тепло к вашей руке намного быстрее, чем торт, поэтому форма обожжет вас, а торт — нет. Форма и пирог имеют одинаковую температуру.

Итак, что мы узнали? Металлы проводят тепло лучше неметаллов.

• Существуют вещества, через которые проходит тепловая энергия, поэтому они называются проводниками .

• Существуют вещества, которые не позволяют проводить через них тепловую энергию, поэтому они называются изоляторами .

Это ссылка на то, что мы узнали из книги «Материя и материалы» о свойствах материалов и о том, как их свойства определяют их использование. Напомните учащимся о действиях, которые они выполняли в разделе «Материя и материалы», особенно связанных с проводимостью.

Помните, что то, что материал на холоднее, не означает, что он имеет более низкую температуру.Возможно, он быстрее отводит тепло от вашей руки.

Теперь, когда мы знаем, что металлы являются хорошими проводниками тепла, считаете ли вы, что все металлы одинаково хорошо проводят тепло? Давайте разберемся, какие металлы являются лучшими проводниками.

Посмотрим, какой металл лучше проводит тепловую энергию. Для этого посмотрим, какой металл нагревается первым.

Убедитесь, что вы знаете, как безопасно пользоваться горелкой Бунзена.

Теперь, когда мы установили, что металлы проводят тепловую энергию лучше, чем неметаллы, учащиеся будут исследовать, какие металлы являются лучшими проводниками тепла. Это исследование требует большего количества тепла, чем предыдущее, поэтому учащиеся не должны проверять проводимость пальцами.

Потратьте несколько минут, прежде чем учащиеся начнут, демонстрируя правильную процедуру зажигания горелки Бунзена.В Интернете есть много различных обучающих видео, например, тот, который указан в поле для посещения на полях. Вот список инструкций для вашей справки:

1. Убедитесь, что вы работаете на подходящей поверхности, например, на огнестойком коврике, и что она чистая и не загромождена.
2. Убедитесь, что газовая трубка в хорошем состоянии и не погибнет.
3. Надежно подсоедините горелку к выпускному отверстию для газа и убедитесь, что она не будет легко отсоединена при перемещении горелки Бунзена.
4. Убедитесь, что воротник у основания горелки Бунзена и отверстие для воздуха закрыты.
5. Сначала зажгите спичку, держа ее подальше от горелки Бунзена.
6. Включите газ другой рукой и поднесите спичку к горелке Бунзена, чтобы зажечь ее.
7. Отрегулируйте отверстие для воздуха, открыв его так, чтобы пламя стало сильнее.
8. Отрегулируйте интенсивность пламени с помощью воротника внизу.

Вы можете попросить учащихся нарисовать плакаты, объясняющие, как зажечь горелку Бунзена, в качестве дополнительного упражнения, если вы чувствуете, что им нужна дополнительная практика и напоминания.

Помните, что штативы и металлические стержни, которые используют учащиеся, сильно нагреваются во время этого эксперимента. Обязательно дайте устройству остыть перед тем, как упаковать его.

ЦЕЛЬ: Определить, являются ли некоторые металлы лучшими проводниками тепла, чем другие металлы.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПЕРЕМЕННЫХ:

Прочтите метод и внимательно посмотрите на схему исследования, чтобы определить различные требуемые переменные.

Какую переменную вы собираетесь изменить?

Тестируемый материал i.е. железо, медь, латунь или алюминий

Как мы называем переменную, которую вы собираетесь изменить?

Это будет независимая переменная

Какую переменную вы собираетесь измерять?

Время, необходимое для того, чтобы булавка упала.

Как мы называем переменную, которую вы собираетесь измерять?

Какие переменные должны оставаться неизменными?

Длина и толщина материала должны быть одинаковыми для каждого используемого материала.Расстояние канцелярской кнопки от источника тепла.

Как мы называем переменные, которые должны оставаться неизменными?

ГИПОТЕЗА:

Напишите гипотезу для этого расследования.

Ответ, зависящий от учащегося. Учащиеся могут предположить, какой металл, по их мнению, будет лучшим проводником, например, медный стержень будет лучшим проводником.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• Горелка Бунзена
• Вазелин
• пруток из меди, железа, латуни и алюминия
• секундомер
• канцелярские кнопки
• штатив
• картон или бумага
• соответствует

Материалы, перечисленные здесь, являются рекомендациями.Вы можете использовать альтернативный аппарат, чтобы продолжить расследование. Например, для нагрева стержней можно использовать спиртовую горелку. Если у вас нет подставки для штатива, вы можете поместить металлические стержни на другую подставку, например на деревянный брусок, так чтобы их концы выступали с одной стороны, чтобы они по-прежнему доходили до горелки Бунзена. Скрепки также можно использовать вместо булавок для рисования. Тип металла не имеет значения, если у вас есть разные металлы одинаковой длины.

МЕТОД:

1. Приклейте плоский конец канцелярской кнопки к концу каждого из металлических стержней с помощью вазелина.Постарайтесь использовать одинаковое количество вазелина для каждой канцелярской кнопки.
2. Поместите картон на штатив.
3. Выровняйте металлические стержни на картоне так, чтобы один конец каждого находился над горелкой Бунзена.
4. Зажгите горелку Бунзена.
5. С помощью секундомера измерьте, сколько времени требуется, чтобы каждый из штифтов упал.
6. Запишите результаты в таблицу.
7. Нарисуйте гистограмму, чтобы проиллюстрировать ваши результаты.

Картон является изолятором и препятствует передаче тепла от стержней к штативу. Потеря тепла стержнями может повлиять на результаты.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Запишите результаты в следующую таблицу.

Теперь нарисуйте гистограмму, чтобы показать свои результаты.Не забудьте дать своему графику заголовок, чтобы описать, что он представляет.

Какая переменная должна быть на горизонтальной оси абсцисс?

Тип материала должен быть на горизонтальной оси. Это независимая переменная.

Какая переменная должна быть на вертикальной оси?

Время, необходимое для того, чтобы канцелярская булавка упала, должно относиться к вертикальной оси. Это зависимая переменная.

Как вы думаете, почему гистограмма подходит для этого расследования?

Независимая переменная / тип материала не является числовым значением, поэтому для него не требуется числовая строка.Гистограмма используется для представления нечисловых или прерывистых данных.

Независимая переменная всегда отображается по оси x, а зависимая переменная — по оси y. Обе оси должны быть помечены и показывать единицы измерения. График должен иметь заголовок.

Здесь приведен примерный набор данных с гистограммой для справки.Ваши результаты могут отличаться от представленных здесь.

АНАЛИЗ:

Какой столбец на вашем графике самый длинный?

Самым длинным стержнем должен быть утюг.

Какой столбик самый короткий?

Самым коротким стержнем должен быть медный стержень.

Запишите материалы в порядке отвода тепла от самого быстрого к самому медленному.

Ответ, зависящий от активности.

Почему плавится вазелин?

Тепло передается посредством теплопроводности через металлический стержень к вазелину, вызывая повышение его температуры и затем изменение состояния (твердое состояние на жидкое).

Как вы думаете, почему нужно было положить кусок картона или бумаги на штатив под металлические стержни. Подсказка: подставка для штатива также сделана из металла.

Картон действует как изолятор, предотвращая передачу тепла на подставку от стержней.В рамках этого эксперимента тепло должно передаваться только к различным металлическим стержням.

Как вы думаете, почему необходимо использовать одинаковое количество вазелина на концах каждого стержня?

Это сделано для того, чтобы тест был честным, в противном случае некоторые канцелярские кнопки могут застрять лучше, чем другие, что приведет к неточным результатам.

Как вы думаете, мы могли бы провести это расследование, если бы наши стержни были разной длины? Почему?

Нет, в противном случае это было бы нечестное испытание, поскольку нагревание одних стержней придется проводить дальше, чем других, что приведет к неточным результатам.

ОЦЕНКА:

Всегда важно оценивать наши исследования, чтобы увидеть, есть ли что-то, что мы могли бы изменить или улучшить.

Есть ли что-нибудь, что пошло не так в вашем расследовании, что вы могли бы предотвратить?

Ответ, зависящий от учащегося.

Если бы вам пришлось повторить это расследование, что бы вы изменили?

Ответ, зависящий от учащегося. Примеры включают: повторение одного и того же эксперимента три раза и усреднение результатов, увеличение количества тестируемых металлов.

ВЫВОДЫ:

Этот ответ будет зависеть от результатов их экспериментов и конкретных металлов, которые вы использовали в исследовании.

В этом разделе мы рассмотрели, как тепло проходит через металлические стержни и другие предметы. Это были все твердых объектов. Как энергия передается через жидкости или газы? Давайте узнаем в следующем разделе.

Конвекция

• конвекция
• конвекционный ток

В качестве введения к этому разделу вы можете смоделировать концепцию «сидения в ванне», наполнив прямоугольную пластиковую ванну или небольшой резервуар для воды холодной водой, а затем налив горячей водой с одной стороны.Предложите учащимся почувствовать холодную сторону ванны, а затем почувствовать ее через несколько минут.

Если вам удастся достать лавовую лампу, это может стать очень увлекательным вступлением к уроку. Вы можете выключить свет и поставить лавовую лампу на стол, когда ученики войдут в класс. Затем вы можете объяснить, что собираетесь выяснить, почему капли поднимаются, а затем падают обратно в лавовую лампу. Если у вас нет лавовой лампы, вы также можете посмотреть это видео:

Представьте горшок с водой на плите.Только дно кастрюли касается плиты, но вся вода внутри кастрюли, даже вода, не касающаяся стенок, становится теплее. Как энергия передается по воде в горшке? Передача энергии происходит из-за конвекции .

Давайте выполним упражнение, которое поможет нам визуализировать, как происходит конвекция.

Цветные конвекционные токи (видео)

МАТЕРИАЛЫ:

• Стеклянный стакан 200 мл
• перманганат калия
• Горелка Бунзена или спирта, штатив, проволочная сетка

Учтите, что вам нужно всего несколько гранул перманганата калия, иначе вы ничего не увидите.

Альтернативой вышеуказанным материалам является:

1. Отрежьте горлышко прозрачной емкости 4 или 5 л.
2. Наполните емкость на три четверти холодной водопроводной водой.
3. Налейте цветную горячую воду (может быть окрашена пищевым красителем) в небольшую бутылку с легко снимаемой крышкой. Закройте крышку.
4. Опустите маленькую бутылку в контейнер.
5. После опускания осторожно откройте его, затем осторожно выньте руку из контейнера с крышкой.
6. Обратите внимание на то, что цветная горячая вода поднимается из маленькой бутылки через холодную воду, а затем снова падает вниз, охлаждая на своем пути вверх — наблюдайте за конвекционными потоками.

ИНСТРУКЦИЯ:

Учащиеся не должны просто бросать перманганат калия в воду. Важно, чтобы они аккуратно поместили его на дно стакана с одной стороны, чтобы они могли видеть, как движутся потоки в воде.

1. Наполните стакан холодной водопроводной водой наполовину.
2. Осторожно нанесите небольшое количество перманганата калия на одну сторону стакана. НЕ РАЗМЕШАТЬ.
3. Нагрейте воду с перманганатом калия непосредственно под стенкой стакана с помощью бунзеновской / спиртовой горелки и наблюдайте, что происходит.
4. Поставьте контрольный эксперимент и поместите несколько зерен перманганата калия на дно стакана, наполненного водой.Не нагревайте этот стакан и наблюдайте за тем, что происходит.

ВОПРОСЫ:

Что вы увидели, когда вода в нагретом стакане начала нагреваться? Нарисуйте картинку, чтобы показать то, что вы видите.

Учащиеся должны увидеть фиолетовый цвет растворенного перманганата калия, движущийся по кругу вверх через воду.

Что происходит с перманганатом калия в этом стакане?

По мере того, как перманганат калия растворяется в воде, он протаскивается через воду.

Вы можете объяснить узор, который вы видели?

Теплая вода поднимается и заменяется более холодной водой.

ПРИМЕЧАНИЕ:

На данный момент учащиеся не знакомы с теорией конвективных токов, поэтому их ответы будут довольно простыми.

Сравните это со стаканом, который не был нагрет. Что вы наблюдали в этом стакане?

Перманганат калия растворяется, но не образует восходящих токов.Он будет равномерно и плотно диффундировать по дну стакана. Через долгое время он равномерно распределится по воде.

Давайте теперь объясним, что мы наблюдали в последнем упражнении. Конвекция — это передача тепловой энергии из одного места в другое за счет движения частиц газа или жидкости. Как это произошло?

При нагревании газа или жидкости вещество расширяется.Это связано с тем, что частицы в жидкостях и газах приобретают кинетическую энергию при нагревании и начинают двигаться быстрее. Поэтому они занимают больше места по мере того, как частицы отдаляются друг от друга. Это заставляет нагретую жидкость или газ двигаться вверх, а более холодную жидкость или газ — вниз. Когда теплая жидкость или газ достигают вершины, они снова охлаждаются и, следовательно, снова движутся вниз.

Затем мы говорим, что нагретая жидкость или газ менее плотны, поскольку те же частицы теперь занимают большее пространство.Мы узнаем больше о плотности в следующем году в Gr 8.

В последнем действии частицы воды приобрели кинетическую энергию и разошлись друг от друга, занимая больше места. Затем эта вода движется вверх, поскольку она менее плотная, чем холодная вода, то есть она легче, чем холодная вода. Мы могли наблюдать это, когда перманганат калия растворялся в воде и перемещался вместе с частицами воды, а затем снова перемещался вниз по мере охлаждения воды.

Это движение жидкости или газа называется конвекционным потоком , и энергия передается из одной области в жидкости или газе в другую. Взгляните на диаграмму, показывающую конвекционный ток.

Учащимся нужно быть осторожными с этим экспериментом. Т-образный картон легко зажечь свечой, и им следует быть осторожными, чтобы не обжечь пальцы при зажигании свечей.

МАТЕРИАЛЫ:

• Картон Т-образный
• свеча
• скрученная бумага или шина
• стакан
• спичечный коробок

ИНСТРУКЦИЯ:

Вы можете капнуть немного воска на основу, а затем прикрепить к нему свечу, чтобы она стояла.

1. Зажгите свечу и поместите ее в стакан сбоку от стакана.
2. Поместите Т-образный картон в стакан так, чтобы между дном стакана и картоном оставался небольшой зазор.
3. Зажгите скрученный рулон бумаги и подержите его в стакане с противоположной стороны от свечи, как показано на рисунке.
4. Посмотрите, что происходит с дымом.

ВОПРОСЫ:

Что происходит с дымом от бумаги?

Дым опускается под картон и поднимается вверх рядом со свечой.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Некоторые частицы дыма могут двигаться вверх.

Как вы думаете, почему дым движется таким образом?

Свеча нагревает воздух над собой, что создает конвекционный поток, который втягивает более холодный воздух с другой стороны картона к свече.Это движение частиц воздуха увлекает за собой частицы дыма. Частицы дыма позволяют нам визуализировать конвекционное течение.

В последних двух действиях мы наблюдали конвекционные токи в жидкости и в газе. Конвекционные токи могут образовываться только в газах и жидкостях, поскольку эти частицы могут свободно перемещаться. Они не удерживаются в фиксированных положениях, как в твердом теле.Твердые частицы удерживаются вместе слишком плотно, чтобы они могли двигаться при нагревании. Твердые частицы будут вибрировать быстрее только при нагревании, но не сдвинутся со своих позиций.

Твердые частицы будут двигаться со своих позиций только тогда, когда они наберут достаточно кинетической энергии, чтобы произошло изменение состояния, и твердое тело расплавится и станет жидкостью.

Капли в лавовой лампе движутся вверх и вниз в лампе, сначала нагреваясь и расширяясь, а затем достигая поверхности и остывая, чтобы снова опускаться вниз.

Как работает лавовая лампа? (видео)

Теперь, когда мы узнали о конвекции, как мы можем применить это в окружающем нас мире? Интересно узнать о концепциях и теориях в науке, но еще интереснее, когда мы узнаем, как это влияет на нашу повседневную жизнь.

Представьте, что вашему учителю дали обогреватель и кондиционер для вашего класса. Обогреватель согреет ваш класс зимой, а кондиционер сохранит прохладу летом. Вы должны помочь своему учителю решить, где каждый предмет должен быть помещен в классе. Идти по стене у потолка или у пола? Стоит ли им подойти к окну?

ИНСТРУКЦИЯ:

Разделитесь на группы по 2 или 3 человека.

Обсудите, где в классе вы бы разместили обогреватель, чтобы он мог эффективно обогревать комнату. Нарисуйте схему, поясняющую ваш выбор.

Утеплитель следует ставить возле пола. По мере того, как он нагревает воздух вокруг себя, теплый воздух поднимается и заменяется холодным.Затем прохладный воздух нагревается и поднимается. Это создает конвекционный поток, который нагревает всю комнату. На диаграмме должна быть показана восходящая циркуляция теплого воздуха.

Обсудите, где в классе вы бы установили кондиционер, чтобы он мог эффективно охлаждать комнату. Нарисуйте схему, поясняющую ваш выбор.

Кондиционер следует ставить под потолком.По мере того, как он охлаждает теплый воздух у потолка, холодный воздух движется вниз к полу и заменяется теплым воздухом снизу. Затем теплый воздух охлаждается кондиционером. Это создает конвекционный поток, который охлаждает всю комнату. На диаграмме должна быть показана нисходящая циркуляция холодного воздуха.

Постарайтесь найти специалиста по кондиционерам или отоплению, с которым вы сможете пройти собеседование.Попросите их объяснить, как лучше всего установить кондиционер и обогреватель.

Теперь мы рассмотрели, как энергия передается через различные материалы, будь то твердые тела (проводимость) или жидкости и газы (конвекция). Но что делать, если нет частиц, передающих тепловую энергию? Есть ли еще способ передачи энергии?

Радиация

• излучение
• матовый
• отражают
• поглотить

Вы когда-нибудь задумывались, как Солнце может согреть нас, даже если оно так далеко? Энергия передается от Солнца ко всему на Земле.Солнцу не обязательно касаться Земли для передачи энергии. Кроме того, между Землей и Солнцем есть пространство. Энергия Солнца способна согреть нас, даже не касаясь нас.

Этот перенос энергии называется излучением . Он отличается от проводимости или конвекции, поскольку не требует, чтобы предметы касались друг друга или движения частиц.

Радиация происходит от греческого слова , радиус , что означает луч света.

Свету требуется около 8 минут, чтобы добраться от Солнца до Земли.

Мы также можем видеть, как тепло передается радиацией здесь, на Земле, а не только между Солнцем и Землей. Продемонстрируем разницу между излучением и конвекцией с помощью свечи.

Предлагается сделать это в качестве демонстрации и разбить учащихся на небольшие группы.Затем вы можете контролировать, насколько близко они прикладывают руки к пламени. Обратите внимание, что тепло излучается во всех направлениях вокруг источника тепловой энергии (включая верх свечи). То, что заставляет нас чувствовать тепло вверху, — это эффект конвекционных потоков горячего воздуха, движущихся вверх. Сначала им следует подержать руки над пламенем, чтобы почувствовать тепло от конвекции. Затем они должны подержать руки рядом, чтобы почувствовать теплоотдачу от излучения. Наконец, вы также можете продемонстрировать проводимость, используя металлическую ложку и держа ее в огне.

МАТЕРИАЛЫ:

• свеча в подсвечнике
• металлическая ложка или металлический стержень
• соответствует

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Зажгите свечу и поместите ее в подсвечник. Ваш учитель может сделать это и попросить вас подходить к демонстрации целыми группами.
2. Сначала держите руку над свечой.
3. Затем возьмитесь рукой за свечу.
4. Ответьте на следующие вопросы.

ВОПРОСЫ:

Теперь мы знаем, что тепло от свечи будет передаваться воздуху вокруг нее. Они согреются. Куда уйдет этот воздух?

Частицы воздуха будут двигаться вверх.

Итак, когда вы держите руку над свечой, что вы чувствуете и почему?

Когда вы держите руку над свечой, частицы теплого воздуха передают энергию вашей руке, заставляя ее нагреваться, и вы чувствуете повышение температуры.

Но как насчет того, чтобы держать руку за свечу? Чувствуете ли вы тепло от свечи?

Это не конвекция, поскольку частицы воздуха не перемещаются вбок, когда они нагреваются от пламени.Итак, как энергия передается вашей руке, когда вы чувствуете тепло на стороне свечи?

Энергия передается излучением.

Наконец, если бы ваш учитель поместил металлическую ложку в пламя свечи, и вы почувствовали конец, что бы вы почувствовали через некоторое время?

Как энергия передавалась от пламени к концу ложки?

Энергия передавалась по проводимости.

На этой фотографии показаны все три формы передачи тепла. Объясните, какой тип теплопередачи представлен каждой рукой.

Рука справа, держащая ложку, представляет собой теплопроводность, поскольку тепло передается от пламени через металл ложки.Рука над свечой представляет собой конвекцию, поскольку тепло передается от пламени движущимися частицами воздуха, которые нагреваются и поднимаются вверх. Рука над свечой также будет испытывать тепло от излучения, поскольку тепло распространяется во всех направлениях. Рука слева рядом со свечой представляет излучение, когда энергия передается от источника через пространство к руке.

Как мы видели в предыдущем упражнении, энергия передается от свечи к вашей руке посредством конвекции и излучения.Вы когда-нибудь стояли рядом с огромным огнем? Вы почувствуете излучаемое тепло, даже если воздух может быть очень холодным. Это потому, что энергия передается вам посредством излучения через промежутки между частицами в воздухе.

Что если вы дотронетесь до черной или белой стены? Как вы думаете, есть ли разница в том, как разные поверхности поглощают и отражают излучение ? Давайте узнаем, проведя расследование.

В этом исследовании рассматривается, как различные материалы поглощают или отражают излучение.Важно, чтобы площадь поверхности каждого материала оставалась одинаковой, чтобы результаты были надежными. Это расследование лучше всего работает в жаркий солнечный день. Постарайтесь найти самое солнечное место на территории школы, чтобы провести расследование.

Мы собираемся исследовать, какие поверхности поглощают больше всего тепла, используя темную бумагу, светлую бумагу и блестящую бумагу, такую ​​как алюминиевая фольга. Мы будем использовать температуру внутри конверта, сделанного из каждого вида бумаги, как меру количества тепла, поглощаемого бумагой.Как вы думаете, почему мы можем это сделать?

Обсудите это со своим классом, так как важно, чтобы они понимали, почему они проводят расследование. Когда бумажный конверт поглощает тепло, энергия передается воздуху внутри конвертов. Это вызовет повышение температуры, которое покажет термометр. Чем больше энергии поглощается, тем больше энергии передается внутрь и тем выше температура.Бумага, отражающая наибольшее количество энергии, покажет наименьшее повышение температуры.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ВОПРОС:

Какие поверхности будут поглощать больше всего солнечного излучения и, следовательно, быстрее всего увеличивать температуру?

ПЕРЕМЕННЫЕ

Какую переменную вы собираетесь измерять?

Температура вещества.

Как мы называем измеряемую вами переменную?

Какую переменную вы собираетесь изменить?

Как мы называем эту переменную?

Что должно быть одинаковым для всех различных материалов?

Площадь поверхности каждого вещества, подвергающегося воздействию Солнца, должна быть одинаковой (т. Е.размер конверта). Продолжительность воздействия солнечных лучей на материалы.

ГИПОТЕЗА:

Напишите гипотезу для этого расследования.

Ответ, зависящий от учащегося. Гипотеза может быть такой: «Блестящая поверхность поглощает меньше всего тепла, а бумага черного / темного цвета — больше всего.’

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• черная матовая бумага
• белая бумага
• фольга алюминиевая
• 3 спиртовых термометра
• секундомер или таймер
• клей или скотч

Вы также можете расширить исследование, протестировав больше цветов, например красный и желтый, чтобы увидеть их сравнение.

МЕТОД:

1. Сложите каждый лист бумаги и алюминиевую фольгу в виде конверта.
2. Поместите термометр в каждый конверт и запишите начальную температуру.
3. Положите все конверты на солнце.
4. Проверяйте температуру по термометрам каждые 2 минуты в течение 16 минут.
5. Запишите результаты в таблицу.
6. Нарисуйте линейный график для каждого конверта на одном и том же наборе осей.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Результаты этого эксперимента зависят от размера бумажного конверта, который делают учащиеся, а также от количества солнечного света, падающего на конверты. Показания также могут время от времени колебаться в результате облачности.

Запишите результаты в следующую таблицу.

Нарисуйте линейный график для каждого конверта на пустом месте ниже.Не забудьте дать своему графику заголовок.

Время должно быть отложено по горизонтальной оси, а температура — по вертикальной оси. Нарисуйте три разных графика для трех разных материалов. Сравнение наклона трех графиков позволит учащимся определить, какой материал прогрелся быстрее всего. Быстрее всего прогрелась линия с самым крутым уклоном.

Температура черной бумаги должна повышаться быстрее всего, и поэтому кривая будет самой крутой.Алюминиевый конверт должен нагреваться медленнее всего и иметь самый неглубокий изгиб с белой бумагой между ними.

График должен иметь заголовок. Примером подходящего заголовка может быть «Сравнение скорости повышения температуры различных поверхностей».

АНАЛИЗ:

Что вы замечаете в формах нарисованных вами графиков? Графики прямые или кривые?

Ответ, зависящий от активности.Полученные значения будут зависеть от размера конвертов, которые делают учащиеся, а также от количества солнечного света, на которое они попали. Важно, чтобы они видели растущую тенденцию в линиях графика.

Какая линия на вашем графике самая крутая? Что это говорит нам?

График, представляющий черную бумагу, должен быть самым крутым графиком.Это означает, что температура этого конверта увеличивалась быстрее всего. Это потому, что черный матовый цвет поглощает больше всего излучения.

Сравните ваши результаты для белой бумаги и блестящей поверхности. Что это вам говорит.

Конверт из алюминиевой фольги должен показывать минимальное повышение температуры, поскольку блестящие поверхности отражают тепло.

ОЦЕНКА:

Расследование прошло гладко? Или вы бы что-нибудь изменили?

Ответ, зависящий от учащегося.Учащиеся должны обсудить качество своего метода и получили ли они ожидаемые результаты. Они могут предложить повторить эксперимент три раза и получить среднее увеличение с течением времени.

Получили ли вы какие-либо результаты, которые не соответствовали общей схеме?

Ответ, зависящий от учащегося.Некоторые учащиеся могут получить выбросы, но другие могут иметь четкие результаты с четкими закономерностями.

ВЫВОД:

Напишите заключение для вашего расследования. Не забудьте вернуться к следственному вопросу, на который мы хотели ответить.

Учащиеся должны сделать вывод, что черные поверхности поглощают больше всего излучения и, следовательно, показывают самое большое и быстрое повышение температуры, тогда как блестящие поверхности поглощают меньше всего, поскольку они больше всего отражают.

Солнечное излучение необходимо для жизни на Земле, но ультрафиолетовое излучение Солнца также может сильно повредить нашу кожу. Не забывайте надевать солнцезащитный крем и шляпу на улице и избегать попадания прямых солнечных лучей с 11:00 до 14:00.

Исследование показало, что темная оболочка показала наибольшее повышение температуры. Более светлый конверт показал меньшее повышение температуры.Конверт из блестящего материала показал наименьшее повышение температуры.

Итак, что мы узнали? Кажется, что темные цвета поглощают больше солнечного излучения, чем светлые или отражающие цвета. Итак, если вы хотите согреться в холодный день, темная одежда будет поглощать больше доступного тепла солнечного излучения, чем светлые тона.

Средняя летняя температура в Хотазеле, городе на Северном мысе, составляет около 34 ° C. Если бы вы жили в Хотазеле и вам нужно было купить новую машину, вы бы купили машину светлого или темного цвета? Объяснить, почему.

Лучшим цветом для покупки будет белый автомобиль, потому что, как показало исследование, светлые цвета поглощают меньше тепла, чем темные. Так светлый автомобиль в идеале останется самым крутым внутри.

У вас есть возможность опрыскать автомобиль, чтобы сделать поверхность более блестящей. Как вы думаете, это поможет сохранить прохладу в машине в жаркие летние месяцы? Объяснить, почему.

Да, это поможет, поскольку блестящие поверхности обладают большей отражающей способностью и поэтому больше лучистого тепла отражается, а не поглощается, сохраняя внутреннюю часть автомобиля более прохладной.

сайтов с планами уроков: средняя школа (9–12 классы)

Средняя школа (9–12 классы)

Эта страница содержит ссылки на веб-сайты государственных учреждений, которые содержат планы уроков для учителей, школьников на дому и независимых учащихся.Это не исчерпывающий список, и он будет периодически обновляться. Каждая запись включает уровни обучения и возможные предметные области в Texas Essential Knowledge and Skills (TEKS), охватываемые планами уроков. Вы обязаны подтвердить соответствие TEKS и / или другим федеральным кодексам и кодексам штата в отношении образования.

Сельское хозяйство в классе (Министерство сельского хозяйства США, классы и учебные программы)
Уровни обучения: K-12, высшее образование
TEKS: Наука, технологии, инженерия, математика

• Тематические ресурсы включают сельское хозяйство и окружающую среду; Растения и животные для производства продуктов питания, волокна и энергии; Еда, здоровье и образ жизни; STEM — наука, технологии, инженерия и математика; и культура, общество, экономика и география.

Национальный парк Карловы Вары. Руководство по учебной программе по геологии для старших классов
Уровни обучения: 9-12
TEKS: Естественные науки

• Делая акцент на региональной геологии национального парка Карловы Вары и формировании пещер, это руководство также дает общий обзор геологической истории и процессов. Уроки включают производственные поездки в пермские пласты и пещеры в сочетании с практическими вводными лабораториями в стиле колледжа для ознакомления с базовыми геологическими концепциями.Также предоставляются глоссарий, карты, фотографии и дополнительные ресурсы.

Изменение лица медицины. Планы уроков (Национальная медицинская библиотека. Национальные институты здравоохранения)
Уровни обучения: K-2, 3-4, 5-8. 9-12
TEKS: Санитарное просвещение; Медицинское и технологическое образование

• Планы уроков открывают мир медицины в классе. Планы, предназначенные для определенных возрастных групп в рамках K-12, были разработаны, чтобы улучшить понимание физиологии тела и области медицины.Ссылка выше относится к 9–12 классам. Другие классы включают: K-2, 3-4 и 5-8.

ChooseMyPlate.Gov (Министерство сельского хозяйства США)
Уровни обучения: PreK-12
TEKS: Медицинское просвещение

• Дошкольники (2–5 лет) учатся формировать привычки здорового питания в сочетании с активностью.
• Дети (6-11 лет) учатся на основе научной информации из ресурсов MyPlate Kids ’Place, чтобы правильно питаться и поддерживать или поддерживать здоровый вес.

Планы уроков в World Wise Schools Coverdell (Корпус мира)
Уровни обучения: 3-5, 6-9, 10-12
TEKS: Искусство английского языка и чтение; Наука; Социальные исследования

• Coverdell World Wise Schools (CWWS) — это инновационная образовательная программа, цель которой — вовлечь учащихся в исследование мира, самих себя и других, чтобы: расширить кругозор; продвигать культурную осведомленность; цените глобальные связи; и поощрять служение.Педагоги используют эти материалы для преподавания таких разнообразных предметов, как языковое искусство, экологическое образование и международная экономика. Планы уроков, проверенные учителем, сгруппированы по классам (3-5, 6-9, 10-12), географическому региону, теме и названию публикации. Темы включают межкультурное понимание, экологические исследования, чтение и письмо, обучение служению и социальные исследования.

Учебная программа и планы уроков (Министерство сельского хозяйства США)
Уровни обучения: K-12
TEKS: Здравоохранение

• Коллекция медицинских просветительских материалов из Национальной сельскохозяйственной библиотеки.

Приложение к учебной программе, серия (Управление естественнонаучного образования. Национальные институты здравоохранения)
Уровни обучения: 9-12
TEKS: Карьерная ориентация; Английский язык Искусство и чтение; Санитарное просвещение; Образование в области медицинских наук и технологий; Математика; Наука; Социальные исследования; Технологические приложения

• Дополнения к учебной программе NIH представляют собой руководство для учителей к двухнедельным урокам по науке, лежащей в основе выбранных тем, касающихся здоровья.Они сочетают в себе передовые биомедицинские открытия с новейшими методиками обучения.

Econ Ed and the Fed Online (Федеральный резервный банк Сан-Франциско)
Уровни успеваемости: 9-12
TEKS: Экономика с упором на систему свободного предпринимательства и ее преимущества; Социальные исследования

• Этот информационный бюллетень Федерального резервного банка Сан-Франциско, являющийся частью веб-сайта Банка «Образовательные ресурсы» (ниже), часто включает планы уроков по таким темам, как глобализация, растущая стоимость здравоохранения и Федеральный открытый рынок. Комитет (FOMC).Полные планы уроков в формате PDF доступны по ссылкам в каждом онлайн-выпуске.

РАСПИСАНИЕ! («Лучшие гуманитарные науки в Интернете») (Национальный фонд гуманитарных наук и Национальный фонд гуманитарных наук)
Уровни успеваемости: K-2, 3-5, 6-8, 9-12
TEKS : Английский язык Искусство и чтение; Изобразительное искусство; Языки, отличные от английского; Социальные исследования; Испанский язык Искусство и чтение

• Этот сайт содержит планы уроков и учебные задания, которые можно использовать для поддержки связанных планов уроков или как отдельные занятия в классе.

Образование. Средняя школа (Федеральный резервный банк Нью-Йорка)
Уровни обучения: 9-12
TEKS: Экономика с упором на систему свободного предпринимательства и ее преимущества

• В разделе «Учебные материалы» вы найдете три плана уроков: «Финансовая грамотность в действии»; Обучение глобальной экономике с помощью Интернета; и деятельность по моделированию Федерального комитета по открытым рынкам.

Образование. Национальная служба океана (Национальное управление океанических и атмосферных исследований)
Уровни обучения: 5-12
TEKS: Наука

• Этот раздел обеспечивает прямой доступ к планам уроков, разработанным учеными и преподавателями в связи с экспедициями, поддерживаемыми NOAA Ocean Exploration. Эти уроки предназначены для учащихся 5–12 классов. Каждый план урока, представленный здесь в виде образовательных материалов в Интернете, соответствует конкретному исследованию океана и может быть дополнен ежедневными журналами, подготовленными учеными и преподавателями во время каждой морской миссии.Изображения и видео, записанные в ежедневных журналах, являются бесценным ресурсом для учителей и учеников, когда они изучают эти уроки.

Образовательная программа (Суды США. Федеральная судебная система)
Уровни обучения: 9-12
TEKS: Социальные науки

• Размещенные здесь материалы касаются текущих проблем и готовы к немедленному использованию в классе. Их также можно использовать для экскурсии в здание местного федерального суда.

Образовательные ресурсы: учебные материалы (Федеральный резервный банк Сан-Франциско)
Уровни обучения: 1-12
TEKS: Экономика с упором на систему свободного предпринимательства и ее преимущества; История; Социальные исследования

• Вот обзор ресурсов Федеральной резервной системы, доступных в Интернете для загрузки или заказа. Материалы разделены на три основные категории: экономика, личные финансы и обществознание / история.Для удобства каждый ресурс указан с соответствующей аудиторией и типом носителя. Федеральная резервная система рекомендует вам использовать этот список и их обновленную версию FederalReserveEducation.org в качестве отправной точки.
• Серия образовательных комиксов содержит бесплатные загрузки книги и планы уроков для средней и старшей школы.
• Используйте поле поиска, чтобы найти более 475 планов уроков

Статистика в школах (U.S. Бюро переписи населения)
Уровни обучения: K-4, 5-8, 9-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Математика; Социальные исследования

• Оживление школьных предметов с использованием реальной статистики Бюро переписи населения для создания материалов, которые год за годом будут использоваться учениками K-12. Изучите этот сайт, чтобы узнать о ресурсах и мероприятиях в области социальных наук, математики, английского языка, географии, социологии и многого другого.

Energy Kids (U.S. Управление энергетической информации. Министерство энергетики США)
Уровни успеваемости: K-12
TEKS: Наука

• Используйте руководство для учителя, чтобы проводить уроки энергии, на этом удобном для учащихся веб-сайте изучите источники энергии и способы экономии энергии с помощью онлайн-головоломок, викторин и экспериментов.

Федеральная резервная система образования
Уровни обучения: K-12
TEKS: Экономика с упором на систему свободного предпринимательства и ее преимущества; История; Социальные исследования

• Здесь вы можете найти ссылки на учебные материалы и инструменты, которые могут улучшить ваше понимание Федеральной резервной системы, экономики и финансового образования.Все веб-сайты, учебные программы, информационные бюллетени, буклеты и другие ресурсы ФРС бесплатны. Включает ссылки на другие (негосударственные) сайты экономического образования. Раздел «Ресурсы для учителей» содержит несколько интерактивных инструментов и ресурсов для преподавателей, учащихся и родителей. Инструмент поиска по учебным программам облегчает интеграцию учебных материалов Федерального резерва в учебные классы за счет приведения материалов в соответствие с национальными стандартами.

Финансовая грамотность (H.И. Карманная сдача. Монетный двор США)
Уровни обучения: K-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Математика; Наука; Социальные исследования; Технологические приложения

• Классные учителя помогли разработать эти планы уроков по общественным наукам, языковым искусствам, продвинутой математике и естественным наукам с использованием программы 50 State Quarters® и серии Westward Journey Nickel. Планы основаны на национальных образовательных стандартах.

Fossil Energy (Управление ископаемой энергии / U.S. Министерство энергетики)
Уровни успеваемости: 1-12
TEKS: Наука

• Fossil Energy создала печатные учебные пособия и задания, в которых подчеркивается важность угля, природного газа и нефти для нашей повседневной жизни. Офис надеется познакомить студентов с наукой и технологиями, которые делают использование ископаемого топлива более чистым. Уроки и мероприятия доступны для начальной, средней и старшей школы.

H.И. Планы уроков Pocket Change ™ (Монетный двор США)
Уровни обучения: K-1, 2-3, 4-6, 7-8, 9-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Математика; Наука; Социальные исследования; Технологические приложения

• Классные учителя помогли разработать эти планы уроков по общественным наукам, языковым искусствам, продвинутой математике и естественным наукам с использованием программы 50 State Quarters® и серии Westward Journey Nickel. Планы основаны на национальных образовательных стандартах.

Планы уроков «Представьте себе Вселенную» (Уголок учителей. Центр космических полетов имени Годдарда НАСА)
Уровни обучения: 6-8, 6-9, 6-10, 7-12, 9-12, 11-12
TEKS : Математика; Наука

• Планы уроков по математике и естественным наукам, разработанные учителями и организацией Imagine the Universe! Команда.

JPL (НАСА) Планы уроков (Лаборатория реактивного движения / НАСА)
Уровни обучения: K-12
TEKS: Химия, инженерия, математика, естественные науки

• Соответствующие стандартам планы уроков по земным процессам, инженерии, математике, физике, космической науке и т. Д. Для классов K-12

K-12 ресурсов.Планы уроков по почве и сохранению (Национальная служба сохранения ресурсов. Департамент сельского хозяйства США)
Уровни успеваемости: K-12
TEKS: Наука

• Включает планы уроков по почвоведению и охране подворья.
• Доступ к базе данных PLANTS
• Бесплатные ресурсы, доступные в Центре распространения NRCS

Планы уроков (Библиотека Конгресса)
Уровни обучения: 3-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Социальные исследования

• Этот сайт включает в себя десятки созданных учителями планов уроков, проверенных в классе, по темам из U.С. История обществоведению литературе. Используйте коллекции American Memory для первичных исходных документов. Планы уроков индексируются по темам, темам, дисциплинам или эпохам и заголовкам. «Уроки по названию» включают диаграмму со столбцом «Оценки», но нет возможности выполнять поиск или ограничивать по классу.

Планы уроков и мероприятия (USGS)
Уровни обучения: K-3, 4-6, 4-8, 5-8, 7-12
TEKS: Естественные науки; Социальные исследования

• Все учебные пакеты USGS основаны на национальных образовательных стандартах.Большинство пакетов для учителей доступны только в Интернете. Предметные области включают естествознание, географию: карты и науки о Земле. На сайте также есть список ссылок на другие планы уроков.

Планы уроков от TES (Преподавание наук об окружающей среде) (Техасская комиссия по качеству окружающей среды)
Уровни успеваемости: K-12
TEKS: Искусство английского языка и чтение; Математика; Наука; Социальные исследования

• Учителя программы TCEQ по обучению экологическим наукам (TES) разработали планы уроков и идеи для экскурсий и других мероприятий, содержащихся в этой публикации.(TES — это курс для учителей и преподавателей неформального образования, заинтересованных во включении экологических тем в свои уроки и занятия.) Соотношение с TEKS показано в плане каждого урока. Главы посвящены воздуху, воде и отходам. Приложение A представляет собой список планов уроков по классам. Это онлайн-версия публикации TCEQ, которая также доступна в печатном виде в Библиотеке. (Техасские документы: N330.5 L566P 2001)

MyMoney.Gov (Федеральная комиссия по финансовой грамотности и образованию)
Уровни обучения: K-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Математика; Наука; Социальные исследования; Технологические приложения

• Это специальный раздел MyMoney.gov предоставляет информацию и ссылки на сборник федеральных руководств и учебных программ для обучения концепциям финансовых возможностей. Сборник разработан специально для учителей и воспитателей.
• Ресурсы Spotlight ниже дают представление о типах доступных ресурсов.
• Чтобы найти больше ресурсов в коллекции MyMoney, используйте поле поиска на панели навигации. Просто введите слово или фразу, описывающую вашу тему, и сайт выполнит поиск за вас.

Учебные материалы НАСА
Уровни обучения: K-4, 5-8, 9-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Математика; Наука; Технологические приложения

• Можно просматривать обширный список учебных материалов по типу (закладки, занятия в классе, руководства для преподавателей и т. Д.), По классу или по предмету. Широкие предметные области включают: карьеру, науки о Земле, историю, науки о жизни, математику, физические науки, космические науки, испанский язык и технологии.

Служба национальных парков (Министерство внутренних дел США)
Уровни успеваемости: PreK-12
TEKS: [Грамотность и языковые искусства, математика, естественные науки и общественные науки]

• Веб-сайт Службы национальных парков для учителей предоставляет ресурсы из всех 401 национального парка. Сайт включает ресурсы дистанционного обучения и доступен для поиска по местоположению, ключевому слову и более чем 125 предметам, от археологии до биологии и конституционного права.Учителя впервые смогут оценивать контент, предоставляемый NPS. Помимо контента, созданного парками, на сайте также представлены образовательные материалы, созданные национальными программами NPS, такими как Национальный реестр исторических мест и отмеченная наградами серия Teaching with Historic Places из 147 планов уроков.

Уроки и мероприятия NGA (Национальная художественная галерея)
Уровни обучения: K-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Изобразительное искусство; Математика; Наука; Социальные исследования

• Место, где учителя и ученики могут соединить искусство и учебную программу.Доступ к ресурсам можно получить по учебным планам, темам или художникам. «Избранные уроки» включают такие темы, как автопортреты в искусстве (исследует личность с помощью автопортретов и творческого письма), новые точки зрения на искусство (исследует пересечение искусства и математических понятий, таких как геометрия) и расчет на искусство (с использованием произведений) искусства для ознакомления с математическими концепциями и их практики).

Образование в области питания: ресурсы для средних и старших классов (Министерство сельского хозяйства США)
Уровни обучения: 7-12
TEKS: Медицинское просвещение

• Коллекция учебных материалов по питанию, включая планы уроков, от Министерства сельского хозяйства США.

Ocean Explorer / Образование: планы уроков (Национальное управление океанических и атмосферных исследований)
Уровни обучения: 5–12 (5–6, 7–8, 9–12)
TEKS: Наука

• Этот сайт обеспечивает прямой доступ к 165 планам уроков, разработанным учеными и преподавателями во время полевых сезонов Ocean Explorer 2001, 2002, 2003 и 2004 годов. Уроки предназначены для учащихся 5–12 классов. Каждый план урока, представленный здесь в виде образовательных материалов в Интернете, соответствует конкретному исследованию океана и может быть дополнен ежедневными журналами, подготовленными учеными и преподавателями во время каждой морской миссии.Включает изображения и видео, записанные в ежедневные журналы. Каждое мероприятие соответствует Национальным стандартам естественнонаучного образования и адаптировано для учителей глухих студентов. Может искать планы по классу, региону, предмету или исследованию.

Ресурсы для учителей (USA.gov)
Уровни обучения: 3-12
TEKS: [Подробный сайт]

• Этот сайт содержит планы уроков и другие полезные занятия для вашего класса.Образовательные предметы включают искусство, карьеру, правительство, историю, математику и деньги.

Ресурсы по устойчивому развитию для преподавателей (Министерство сельского хозяйства США, классные комнаты и учебные программы)
Уровни обучения: K-12, высшее образование
TEKS: Science

• Из отдела исследований и образования в области устойчивого сельского хозяйства этот ресурс охватывает множество тем, включая животноводство, растениеводство, энергетику, управление фермерским бизнесом, природные ресурсы / окружающую среду, борьбу с вредителями, управление почвами, устойчивые сообщества.
• Некоторые ресурсы: Инструментарий Дня поля фермера; Водоносный горизонт Огаллала на Высоких равнинах Техаса: гонка против времени; Устойчивые сельскохозяйственные ресурсы и программы для K-12; Учебные модули по устойчивому сельскому хозяйству для сельскохозяйственных школ старших классов.

Планы уроков Смитсоновского института (Педагоги. Смитсоновское образование)
Уровни обучения: PreK-3, 4-8, 9-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Изобразительное искусство; Наука; Социальные исследования; Технологические приложения

• Имеются планы уроков по искусству и дизайну, науке и технологиям, истории и культуре, а также языковым искусствам.Просматривайте планы уроков по предметной области или выполняйте поиск по классам и ключевым словам.

Почвенное образование (Министерство сельского хозяйства США)
Уровни обучения: K-12, Колледж
TEKS: Наука

• Сборник учебных материалов о почве, включая определения, исследования почв, формирование и классификацию почв, глоссарий по почвоведению и многое другое.

STEM Rising (U.S. Министерство энергетики)
Уровни обучения: K-12, Высшее образование
TEKS: Естественные науки

• Ресурсы STEM для студентов, учителей и работников энергетики. Включает ссылки на ресурсы для соответствующих их классам планов уроков, учебных программ и учебных материалов для обучения учащихся и детей вопросам энергетики, в частности энергетической грамотности, эффективности и возобновляемых источников энергии. Включает ссылки на сайты неправительственных организаций и учреждений.

Устойчивое сельское хозяйство (Министерство сельского хозяйства США)
Уровни обучения: K-12, College
TEKS: Наука

• Изучите учебные пособия, учебные пособия, схемы курсов, организации поддержки и другие учебные ресурсы для всех уровней — детский сад, среднюю школу и выше.

Учебная программа, оценка и правила TEA (Техасское образовательное агентство)
Уровни успеваемости: PreK-12
TEKS: [Всеобъемлющий сайт]

• Информация об учебной программе, оценке и правилах.Так же доступно; контактная информация, список рассылки на английском языке и ссылки на TEKS

Пособие для учителя: мероприятия и планы уроков (Техасские парки и дикая природа)
Уровни обучения: K-12
TEKS: Английский язык Искусство и чтение; Наука

• Планы уроков по экологическим концепциям, экологии суши, водным видам спорта, археологии, а также ведению дневника и творческому письму.

Обучение с использованием исторических мест (Служба национальных парков.Национальный регистр исторических мест)
Уровни успеваемости: 5-12
TEKS: Социальные науки

• Одно из основных предложений этого сайта — это серия планов уроков, готовых для занятий, созданных переводчиками Службы национальных парков, специалистами по охране природы и педагогами, которые используют исторические места для изучения американской истории. Хотя уроки TwHP предназначены для учащихся средних школ, изучающих историю, общественные науки, географию и другие предметы, их легко адаптировать от старших классов начальной до средней школы и даже для курсов колледжа.Каждый урок включает карты, чтения и фотографии, и все они сопровождаются вопросами. Каждый план урока TwHP связан как с соответствующими стандартами истории США для 5–12 классов, так и с соответствующими ожиданиями успеваемости для средних классов из национальных стандартов учебной программы по общественным наукам.

Общие сведения о налогах. Планы уроков (Дом учителя. Налоговая служба. Министерство финансов США)
Уровни классов: 9-12
TEKS: Математика; Социальные исследования

• Подробные планы уроков содержат инструкции от введения той или иной налоговой концепции, через ее развитие до завершения урока.Это также дает учителю свободу выбора содержания урока и занятий для использования в классе. Материалы включают PDF-файлы для печати для использования в традиционных классных комнатах, а также интерактивные онлайн-занятия. Сайт «Teacher Home» также включает в себя раздел «Образовательные стандарты» со ссылками на разделы учебной программы по национальным стандартам и соответствующие стандарты для всех штатов.

План урока SCC GK12 — Электромагнитное излучение в атмосфере: отражение, поглощение и рассеяние

9.2 Механическая энергия и сохранение энергии — Физика

Разделы Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Объясните закон сохранения энергии в терминах кинетической и потенциальной энергии
• Выполните вычисления, связанные с кинетической и потенциальной энергией. Применяем закон сохранения энергии

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

• (6) Научные концепции.Учащийся знает, что в физической системе происходят изменения, и применяет законы сохранения энергии и количества движения. Ожидается, что студент:
  • (B) исследовать примеры кинетической и потенциальной энергии и их преобразований;
  • (D) демонстрируют и применяют законы сохранения энергии и сохранения количества движения в одном измерении.

Кроме того, в Руководстве по лаборатории физики средней школы рассматривается содержание этого раздела лаборатории под названием «Работа и энергия», а также следующие стандарты:

• (6) Научные концепции.Учащийся знает, что в физической системе происходят изменения, и применяет законы сохранения энергии и количества движения. Ожидается, что студент:
  • (В) исследовать примеры кинетической и потенциальной энергии и их превращений;
  • (D) продемонстрировать и применить законы сохранения энергии и сохранения количества движения в одном измерении.

Раздел Основные термины

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[BL] [OL] Начните с отделения механической энергии от других форм энергии.Объясните, почему общее определение энергии как способности выполнять работу имеет смысл с точки зрения любой из форм механической энергии. Обсудите закон сохранения энергии и развейте любые заблуждения, связанные с этим законом, такова идея о том, что движущиеся объекты просто естественным образом замедляются. Определите тепло, выделяемое трением, как обычное объяснение явных нарушений закона.

[AL] Начните обсуждение о том, как другие полезные формы энергии также превращаются в потраченное впустую тепло, например свет, звук и электричество.Постарайтесь научить студентов понимать тепло и температуру на молекулярном уровне. Объясните, что энергия, теряемая на трение, действительно преобразует кинетическую энергию на макроскопическом уровне в кинетическую энергию на атомном уровне.

Механическая энергия и сохранение энергии

Ранее мы видели, что механическая энергия может быть потенциальной или кинетической. В этом разделе мы увидим, как энергия трансформируется из одной из этих форм в другую. Мы также увидим, что в замкнутой системе сумма этих форм энергии остается постоянной.

Немного потенциальной энергии получает автомобиль с американскими горками и его пассажиры, когда они поднимаются на вершину первого холма. Помните, что часть термина с потенциалом означает, что энергия была сохранена и может быть использована в другое время. Вы увидите, что эту накопленную энергию можно либо использовать для работы, либо преобразовать в кинетическую энергию. Например, когда объект, обладающий гравитационной потенциальной энергией, падает, его энергия преобразуется в кинетическую энергию.Помните, что и работа, и энергия выражаются в джоулях.

Вернитесь к Рисунку 9.3. Объем работы, необходимой для поднятия телевизора из точки A в точку B, равен количеству гравитационной потенциальной энергии, которую телевизор получает от его высоты над землей. Обычно это верно для любого объекта, поднятого над землей. Если вся работа, выполняемая над объектом, используется для поднятия объекта над землей, объем работы равен приросту объекта в потенциальной энергии гравитации. Однако обратите внимание, что из-за работы, выполняемой трением, эти преобразования энергия-работа никогда не бывают идеальными.Трение вызывает потерю некоторой полезной энергии. В следующих обсуждениях мы будем использовать приближение, согласно которому преобразования происходят без трения.

Теперь давайте посмотрим на американские горки на рис. 9.6. Была проделана работа на американских горках, чтобы добраться до вершины первого подъема; в этот момент американские горки обладают гравитационной потенциальной энергией. Он движется медленно, поэтому обладает небольшой кинетической энергией. Когда автомобиль спускается по первому склону, его PE преобразуется в KE .В нижней точке большая часть оригинального PE была преобразована в KE , и скорость максимальна. По мере того, как автомобиль движется вверх по следующему склону, часть KE превращается обратно в PE , и автомобиль замедляется.

Рис. 9.6 Во время этой поездки на американских горках происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[OL] [AL] Спросите, имеют ли смысл определения энергии для класса, и постарайтесь выявить любые выражения недоумения или неправильных представлений.Помогите им совершить логический скачок: если энергия — это способность выполнять работу, логично, что она выражается в одной и той же единице измерения. Попросите учащихся назвать все возможные формы энергии. Спросите, помогает ли это им понять природу энергии. Спросите, есть ли у них проблемы с пониманием того, как могут работать некоторые формы энергии, например солнечный свет.

[BL] [OL] Вы можете ввести понятие контрольной точки как начальной точки движения. Свяжите это с началом координатной сетки.

[BL] Дайте понять, что энергия — это другое свойство с разными единицами, чем сила или мощность.

[OL] Помогите учащимся понять, что скорость, с которой доставляется телевизор, не входит в расчет PE . Предполагается, что скорость постоянна. Любой KE из-за увеличения скорости доставки будет потерян при остановке движения.

[BL] Убедитесь, что есть четкое понимание различия между кинетической и потенциальной энергией, а также между скоростью и ускорением.Объясните, что слово потенциал означает, что энергия доступна, но это не означает, что имеет для использования или будет использоваться .

Virtual Physics

Energy Skate Park Basics

Это моделирование показывает взаимосвязь кинетической и потенциальной энергии в сценарии, аналогичном американским горкам. Наблюдайте за изменениями в KE и PE , щелкая по полям гистограммы. Также попробуйте три скейт-парка разной формы.Перетащите фигуриста на дорожку, чтобы запустить анимацию.

Проверка захвата

1. Механическая энергия системы увеличивается при условии отсутствия потерь энергии из-за трения. Энергия преобразуется в кинетическую при увеличении скорости.
2. Механическая энергия системы остается постоянной при условии отсутствия потерь энергии из-за трения. Энергия преобразуется в кинетическую при увеличении скорости.
3. Механическая энергия системы увеличивается при отсутствии потерь энергии из-за трения. Энергия преобразуется в потенциальную при увеличении скорости.
4. Механическая энергия системы остается постоянной при условии отсутствия потерь энергии из-за трения. Энергия преобразуется в потенциальную при увеличении скорости.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

На этой анимации показаны преобразования между KE и PE , а также изменение скорости в процессе.Позже мы можем вернуться к анимации, чтобы увидеть, как трение преобразует часть механической энергии в тепло и как сохраняется общая энергия.

На настоящих американских горках бывает много взлетов и падений, и каждый из них сопровождается переходами между кинетической и потенциальной энергией. Предположим, что на трение не теряется энергия. В любой момент поездки общая механическая энергия одинакова и равна энергии, которую автомобиль имел на вершине первого подъема. Это результат закона сохранения энергии, который гласит, что в замкнутой системе сохраняется полная энергия, то есть она постоянна.Используя индексы 1 и 2 для обозначения начальной и конечной энергии, этот закон выражается как

Каждая сторона равна общей механической энергии. Фраза в закрытой системе означает, что мы предполагаем, что энергия не теряется в окружающую среду из-за трения и сопротивления воздуха. Если мы делаем расчеты для плотных падающих объектов, это хорошее предположение. Для американских горок это предположение вносит некоторую неточность в расчет.

Расчеты с использованием механической энергии и сохранения энергии

Советы для успеха

При вычислении работы или энергии используйте метры для расстояния, ньютоны для силы, килограммы для массы и секунды для времени. Это гарантирует, что результат будет выражен в джоулях.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] Поразите ученикам значительный объем работы, требующейся для того, чтобы автомобиль с американскими горками поднялся на вершину первой, самой высокой точки.Сравните это с объемом работы, который потребуется, чтобы подняться на вершину американских горок. Спросите учащихся, почему они могут чувствовать усталость, если им пришлось идти или взбираться на вершину американских горок (они должны использовать энергию, чтобы приложить силу, необходимую для перемещения их тела вверх против силы тяжести). Убедитесь, что учащиеся могут правильно предсказать, что отношение массы автомобиля к массе человека будет соотношением проделанной работы и полученной энергии (например, если масса автомобиля в 10 раз больше массы человека, объем работы, необходимый для переместить машину на вершину холма будет в 10 раз больше работы, необходимой для подъема на холм).

Watch Physics

Сохранение энергии

В этом видео обсуждается преобразование PE в KE и сохранение энергии. Сценарий очень похож на американские горки и скейт-парк. Это также хорошее объяснение изменений энергии, изученных в лаборатории моментальных снимков.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Перед показом видео просмотрите все уравнения, касающиеся кинетической и потенциальной энергии и сохранения энергии.Также убедитесь, что учащиеся имеют качественное представление о происходящем преобразовании энергии. Вернитесь в лабораторию моментальных снимков и лабораторию моделирования.

Проверка захвата

Вы ожидали, что скорость внизу склона будет такой же, как при падении объекта прямо вниз? Какое утверждение лучше всего объясняет, почему это не совсем так в реальных жизненных ситуациях?

1. Скорость была такой же в сценарии анимации, потому что объект скользил по льду, где есть большое трение.В реальной жизни большая часть механической энергии теряется в виде тепла из-за трения.
2. Скорость была такой же в сценарии в анимации, потому что объект скользил по льду, где есть небольшое трение. В реальной жизни большая часть механической энергии теряется в виде тепла из-за трения.
3. Скорость была такой же в сценарии в анимации, потому что объект скользил по льду, где есть большое трение.В реальной жизни механическая энергия не теряется из-за сохранения механической энергии.
4. Скорость была такой же в сценарии в анимации, потому что объект скользил по льду, где есть небольшое трение. В реальной жизни механическая энергия не теряется из-за сохранения механической энергии.

Рабочий пример

Применение закона сохранения энергии

Камень весом 10 кг падает со скалы высотой 20 м.Какова кинетическая и потенциальная энергия при падении камня на 10 м?

Стратегия

Выберите уравнение.

9,4

9,5

9,6

Перечислите известные.

м = 10 кг, v ₁ = 0, г = 9,80

h ₁ = 20 м, h ₂ = 10 м

Определите неизвестные.

KE ₂ и PE ₂

Подставьте известные значения в уравнение и решите относительно неизвестных переменных.

Решение

9,8

9,9

Обсуждение

В качестве альтернативы можно было бы решить уравнение сохранения энергии для v ₂ и KE ₂ .Обратите внимание, что м также могут быть исключены.

Советы для успеха

Обратите внимание, что мы можем решить многие проблемы, связанные с преобразованием между KE и PE , не зная массы рассматриваемого объекта. Это потому, что кинетическая и потенциальная энергия пропорциональны массе объекта. В ситуации, когда KE = PE , мы знаем, что m g h = (1/2) m v ² .

Разделив обе стороны на м и переставив, получим соотношение

2 g h = v ² .

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Кинетическая и потенциальная энергия пропорциональны массе объекта. В ситуации, когда KE = PE , мы знаем, что m g h = (1/2) m v ² .Разделив обе стороны на м и переставив, получим соотношение 2 g h = v ² .

Практические задачи

Ребенок скатывается с детской горки. Если высота горки 3 м, а вес ребенка 300 Н, сколько потенциальной энергии находится у ребенка в верхней части горки? (Круглый г до 10 м / с 2,10 м / с2.)

1. 0 Дж
2. 100 Дж
3. 300 Дж
4. 900 Дж

Яблоко на яблони весом 0,2 кг имеет потенциальную энергию 10 Дж. Оно падает на землю, превращая весь свой PE в кинетическую энергию. Какова скорость яблока перед тем, как оно упадет на землю?

1. 0 м / с
2. 2 м / с
3. 10 м / с
4. 50 м / с

Snap Lab

Преобразование потенциальной энергии в кинетическую

В этом упражнении вы рассчитаете потенциальную энергию объекта и спрогнозируете скорость объекта, когда вся эта потенциальная энергия будет преобразована в кинетическую энергию.Затем вы проверите свой прогноз.

Вы будете сбрасывать предметы с высоты. Обязательно держитесь на безопасном расстоянии от края. Не наклоняйтесь слишком далеко через перила. Убедитесь, что вы не роняете предметы в место, где проезжают люди или автомобили. Убедитесь, что падающие предметы не вызовут повреждений.

Вам понадобится:

Материалы для каждой пары учеников:

• Четыре шарика (или аналогичные маленькие плотные предметы)
• Секундомер

Материалы для класса:

• Метрическая рулетка достаточной длины для измерения выбранной высоты
• Шкала

Инструкции

Порядок действий

1. Работа с партнером.Найдите и запишите массу четырех маленьких плотных объектов в каждой группе.
2. Выберите место, где предметы можно будет безопасно сбросить с высоты не менее 15 метров. Хорошо подойдет мост через воду с безопасной пешеходной дорожкой.
3. Измерьте расстояние, на которое объект упадет.
4. Рассчитайте потенциальную энергию объекта перед его падением, используя PE = м g h = (9.80) mh.
5. Предскажите кинетическую энергию и скорость объекта, когда он приземлится, используя PE = KE и, следовательно, mgh = mv22; v = 2 (9.80) h = 4.43h.mgh = mv22; v = 2 (9.80) h = 4.43h.
6. Один партнер роняет предмет, а другой измеряет время, необходимое для его падения.
7. По очереди будьте капельницей и таймером, пока не сделаете четыре измерения.
8. Усредните ваше падение, умноженное на, и рассчитайте скорость объекта, когда он приземлился, используя v = a t = g t = (9.80) t .
9. Сравните ваши результаты с вашим прогнозом.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Перед тем, как учащиеся приступят к лабораторной работе, найдите ближайшее место, где предметы можно безопасно уронить с высоты не менее 15 м.

По мере того, как учащиеся работают в лаборатории, предложите партнерам по лаборатории обсудить свои наблюдения. Поощряйте их обсуждать различия в результатах между партнерами. Спросите, есть ли какая-то путаница в используемых ими уравнениях и кажутся ли они верными на основании того, что они уже узнали о механической энергии.Попросите их обсудить эффект сопротивления воздуха и то, как плотность связана с этим эффектом.

Проверка захвата

Эксперименты Галилея доказали, что, вопреки распространенному мнению, тяжелые предметы не падают быстрее легких. Как уравнения, которые вы использовали, подтверждают этот факт?

1. Тяжелые объекты не падают быстрее, чем легкие, потому что при сохранении механической энергии системы член массы аннулируется, и скорость не зависит от массы.В реальной жизни изменение скорости различных объектов наблюдается из-за ненулевого сопротивления воздуха.
2. Тяжелые объекты не падают быстрее легких, потому что при сохранении механической энергии системы массовый член не отменяется, а скорость зависит от массы. В реальной жизни изменение скорости различных объектов наблюдается из-за ненулевого сопротивления воздуха.
3. Тяжелые объекты не падают быстрее, чем легкие, потому что при сохранении механической энергии в системе массовый член аннулируется, и скорость не зависит от массы.В реальной жизни изменение скорости различных объектов наблюдается из-за нулевого сопротивления воздуха.
4. Тяжелые объекты не падают быстрее легких, потому что при сохранении механической энергии системы массовый член не отменяется, а скорость зависит от массы. В реальной жизни изменение скорости различных объектов наблюдается из-за нулевого сопротивления воздуха.

Проверьте свое понимание

Опишите преобразование между формами механической энергии, которое происходит с падающим парашютистом перед раскрытием его парашюта.

1. Кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.
2. Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.
3. Работа превращается в кинетическую энергию.
4. Кинетическая энергия превращается в работу.

Верно или неверно — если камень подбросить в воздух, увеличение высоты увеличит кинетическую энергию камня, а затем увеличение скорости при падении на землю увеличит его потенциальную энергию.

1. Истинно
2. Ложь

Определите эквивалентные термины для накопленной энергии и энергии движения .

1. Накопленная энергия — это потенциальная энергия, а энергия движения — это кинетическая энергия.
2. Энергия движения — это потенциальная энергия, а запасенная энергия — это кинетическая энергия.
3. Запасенная энергия — это потенциальная, а также кинетическая энергия системы.
4. Энергия движения — это потенциальная, а также кинетическая энергия системы.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Используйте вопросы «Проверьте свое понимание», чтобы оценить достижения учащимися учебных целей раздела.