Найдите массу расплавленного металла

Ключевые ситуации при изучении физики. Сплавы

Разделы: Физика

Наибольшие трудности при изучении физики учащиеся испытывают при решении задач, т.е. когда требуется применить знания. Эти трудности представляются ребятам настолько большими, что многие из них отказываются даже от попыток решать задачи. Отказ от решения задач еще как-то «проходил» во времена устных экзаменов по физике. Но теперь – как при прохождении Государственной итоговой аттестации, выполнении заданий Единого государственного экзамена или тестирования при поступлении – проверяют именно умение применять полученные знания, а не декларировать их.

Понимание смысла физических законов – главная цель школьного курса физики, но понимание этих законов может родиться только в осознанной деятельности по применению этих законов. Школьникам же часто предлагают алгоритмы решения задач, которые провоцируют бездумное, автоматическое применение физических формул.
Преодолеть эту принципиальную трудность можно, только неоднократно применяя законы физики в тщательно отобранных простейших ситуациях, когда смысл этих законов кристально ясен.

В школьном курсе физики тысячи задач. Однако, если посмотреть на все множество этих задач «с высоты птичьего полета», то нетрудно заметить, что подавляющее их большинство группируются вокруг нескольких десятков типичных учебных ситуаций. Эти ситуации можно назвать ключевыми. А овладение ключевыми ситуациями «даст ключи» к решению задач.

Ключевые ситуации – важнейшая связь между «теорией» и «задачами». Без этой связи теория мертва для школьника, а задачи представляются ему случайной россыпью неинтересных загадок. Однако пока еще некоторые учителя «дают» своим ученикам «теорию» отдельно, а «задачи» отдельно. После такого разрезания по живому от живой физики остаются только мертвые формулы-шаблоны для примитивных задач на подстановку.

Изучение ключевых ситуаций – это живой мост между «теорией» и «задачами», причем мост с двухсторонним движением. С одной стороны, задачи рождаются при изучении ключевых ситуаций, в которых наглядно проявляется действие физических законов, с другой стороны, благодаря решению задач на основе ключевой ситуации теория осознается, т.е. становится действенной силой, а не пассивным набором фактов и формул.
И еще одна очень важная роль ключевых ситуаций. Дело в том, что результатом изучения школьного курса физики должен быть не набор решенных задач (это быстро забывается), а понимание физических законов и физическая интуиция, которая может развиваться именно при рассмотрении ключевых ситуаций.

Приложение 1. Фрагмент урока с выделением ключевой ситуации по теме «Плотность».
Приложение 2. Фрагмент урока с выделением ключевой ситуации по теме «Полые тела».
Приложение 3. Дополнительный материал по теме «Сплавы».

Приведем фрагмент урока с выделение ключевой ситуации по теме «Сплавы».

Фрагмент урока по теме «СПЛАВЫ»

Учитель. Тема урока зашифрована ребусом. Кто первый раскроет секрет?

Ученики.

Учитель. Тема урока «Сплавы».
Сплав — макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.
Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.
Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).
Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Цель нашего урока – научиться решать задачи для определения плотности, массы или объема сплавов или веществ входящих в их состав.
Рассматривая сплавы, обычно предполагают, что объем сплава равен сумме объемов составляющих его веществ. В таком случае плотность сплава , где индексы 1 и 2 относятся к двум компонентам сплава.
Если заданы или требуется найти массы компонентов известной плотности ρ1 и ρ2, то объемы компонентов надо выразить через их массы и плотности, в результате чего формула для плотности сплава примет вид .
Часто в задаче дано или требуется найти соотношение масс компонентов сплава. Обозначим . Тогда . Эта формула связывает плотность сплава ρ и массовое отношение компонент . Из нее при следует: . Приведенные формулы позволяют по заданному значению одной из величин ( или ρ) найти значение другой.

Запишите в тетрадях:

Сплав — макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.
– плотность сплава, где и – массы веществ, из которых состоит сплав, и – их объемы соответственно.
– плотность сплава, при заданных плотностях веществ его составляющих.
– соотношение масс, тогда .
– процентное содержание массы одного из веществ в сплаве.

Читайте также:  Лист труба это металл

Примечание.

1. Задача первого уровня предназначена для применения основной формулы: .
2. Задачи второго уровня похожи, поэтому целесообразно применить разные способы решения.
3. Задачи третьего уровня предусмотрены для закрепления способов решения задач предложенных ранее с добавлением дополнительных вычислений (объема и процентного отношения).

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Задачи по теме «СПЛАВЫ»:

Найдите плотность бронзы, для изготовления которой взяли 100 г меди и 30 г олова, считая, что объем сплава равен сумме объемов входящих в него металлов.

mм = 100 г
mо = 30 г
ρм = 8,9 г/см 3
ρо =7,3 г/см 3 Решение:

; ; ;
;;
.Ответ: . ρбр – ?

1. Кусок сплава из свинца и олова массой 664 г имеет плотность 8,3 г/см 3 . Определите массу свинца в сплаве. Принять объем сплава равным сумме объемов его составных частей.

m = 664 г
ρ = 8,3 г/см 3 Решение:

> .
;.
> .
;
;
;.Ответ: . mсв ?

2. В куске кварца содержится небольшой самородок золота. Масса куска 100 г, а его плотность 8 г/см 3 . Определите массу золота, содержащегося в кварце. Принять, что плотность кварца и золота соответственно равны 2,65 и 19,36 г/см 3 .

m = 100 г
ρ = 8 г/см 3
ρкв = 2,65 г/см 3
ρз = 19,36 г/см 3 Решение: Будем использовать следующую формулу:

;> .
;
;
;
Ответ: . mз – ?

1. Сплав золота и серебра массой 400 г имеет плотность 14·103 кг/м 3 . Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу, объем золота и процентное содержание его в сплаве.

m = 400 г
ρ = 14 г/см 3
ρс = 10,5г/см 3
ρз = 19,36 г/см 3 Решение: Будем использовать следующую формулу:

;> .
;
;
; ;
;
;.
Ответ: , , . mз – ?
Vз – ?
x – ?

2. В чистой воде растворена кислота. Масса раствора 240 г, а его плотность 1,2 г/см 3 . Определите объем кислоты в растворе и его процентное содержание, если плотность кислоты 1,8 г/см 3 . Принять объем раствора равным сумме объемов его составных частей.

m = 240 г
ρ = 1,2 г/см 3
ρв = 1 г/см 3
ρк = 1,8 г/см 3 Решение: Будем использовать следующую формулу:

;> .
;
;
;
;
;.
Ответ: , . Vк – ?
хк – ?

Выходной контроль:

1 А соотношение масс
2 Б плотность сплава, если известны соотношения масс
3 В процентное содержание массы одного из веществ в сплаве
4 Г процентное содержание объема одного из веществ в сплаве
5 Д плотность сплава
6 Е объем кварца
7 Ж плотность сплава, при заданных плотностях веществ его составляющих

Ответы: 1-Д, 2-Ж, 3-А, 4-Б, 5-В. 6-Г, 7-Е.

Домашнее задание:

Сплавы различаются по своему предназначению.
Конструкционные сплавы: стали, чугуны, дюралюминий.
Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства): бронзы, латуни.
Для заливки подшипников: баббит.
Для измерительной и электронагревательной аппаратуры: манганин, нихром.
Для изготовления режущих инструментов: победит.

Подготовьте сообщение о каком-нибудь сплаве. Расскажите о веществах, которые в него входят, о их процентном вхождении в сплав и т.д.

Задачи:

1. Найдите плотность стали (сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом), для изготовления которой взяли 100 г железа и 2 г углерода (углекислого газа), считая, что объем сплава равен сумме объемов входящих в него веществ.
2. Чтобы получить латунь, сплавили куски меди массой 178 кг и цинка массой 355 кг. Какой плотности была получена латунь? Объем сплава равен сумме объемов его составных частей.
3. Сплав золота и серебра массой 500 г имеет плотность 11 г/см3. Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу, объем золота и процентное содержание его в сплаве.

Ответы: 1. 0,098 г/см 3 , 2. 8540 кг/м 3 , 3. 50 г, 2,59 см 3 , 10%.

Подведение итогов урока. Рефлексия

На полях рабочей тетради изобрази схематически один из рисунков, который соответствует степени усвоения материала на уроке. Солнце – мне все понятно, туча – материал интересный, но надо еще поработать, луна – я все проспал.

Литература

  1. Материалы курса «Как научить решать задачи по физике (основная школа). Подготовка к ГИА: лекции 1-4. – М.: Педагогический университет «Первое сентября», 2010. -80с.
  2. Сборник задач по физике: Учеб. Пособие для учащихся 7-8 классов средней школы. – 6-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1994. – 191 с.: ил.
  3. Физическая олимпиада в 6-7 классах средней школы: Пособие для учащихся. – 2-е изд, перераб. И доп. – М.: Просвещение, 1987. – 192 с: ил.

Источник

Найдите массу расплавленного металла

Удельная теплота плавления стали равна 78 кДж/кг. Это означает, что

1) для плавления 1 кг стали при температуре её плавления потребуется 78 кДж энергии

2) для плавления 78 кг стали при температуре её плавления потребуется 1 кДж энергии

3) для плавления 1 кг стали при комнатной температуре потребуется 78 кДж энергии

4) для плавления 78 кг стали при комнатной температуре потребуется 1 кДж энергии

Читайте также:  Различные способы обработки металлов давлением

По определению удельная теплота плавления — это количество теплоты, необходимое для того, чтобы перевести 1 кг вещества, взятого при температуре плавления, из твёрдого состояния в жидкое. Это означает, что для плавления 1 кг стали при температуре её плавления потребуется 78 кДж энергии.

Правильный ответ указан под номером 1.

В справочнике физических свойств различных материалов представлена следующая таблица.

Вещество Плотность в твёрдом состоянии, кг/м 3 Удельная теплота плавления, кДж/кг
Алюминий 2700 380
Олово 7300 59
Железо (сталь) 7800 82
Медь 8900 180
Серебро 10500 87
Свинец 11300 25

Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) Удельная теплота плавления вещества прямо пропорциональна его плотности в твёрдом состоянии.

2) Для плавления 1 кг меди требуется большее количество теплоты, чем для плавления 1 кг свинца. Вещества предварительно нагреты до их температур плавления.

3) Количество теплоты, необходимое для плавления бруска алюминия объёмом 1 м 3 , больше количества теплоты, необходимого для плавления бруска свинца объёмом 1 м 3 . Вещества предварительно нагреты до их температур плавления.

4) Для плавления двух сплошных тел одинакового объёма, изготовленных из железа и серебра, потребуется одинаковое количество теплоты. Вещества предварительно нагреты до их температур плавления.

5) При равных объёмах железный брусок будет иметь бóльшую массу по сравнению с медным бруском.

1. Неверно. По таблице нельзя установить зависимость между плотностью тела и удельной теплотой плавления.

2. Верно. Удельная теплота плавления меди равна 180 кДж/кг, цинка — 25.

3. Верно. Для плавления вещества требуется количество теплоты масса вещества находится по формуле Тогда количество теплоты для плавления равно Для алюминия для свинца

4. Неверно. Количество теплоты для плавления железа для серебра Объёмы тел по условию равны.

5. Неверно. Чем больше плотность вещества, тем больше масса тела. Плотность железа меньше плотности меди, следовательно масса железа меньше массы меди.

Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

Вещество Плотность в твердом состоянии*,

Удельная теплоемкость, Удельная теплота плавления,
алюминий 2,7 660 920

цинк 7,1 420 400 120
медь 8,9 1083 400 180
свинец 11,35 327 130 25
серебро 10,5 960 230 87
сталь 7,8 1400 500 78
олово 7,3 232 218 59

* Плотность расплавленного металла считать практически равной его плотности в твердом состоянии.

1) Кольцо из серебра можно расплавить в алюминиевой посуде.

2) Для нагревания на 50 °С оловянной и серебряной ложек, имеющих одинаковый объем, потребуется одинаковое количество теплоты.

3) Для плавления 1 кг цинка, взятого при температуре плавления, потребуется примерно такое же количество теплоты, что и для плавления 5 кг свинца при температуре его плавления.

4) Стальной шарик будет плавать в расплавленном свинце при частичном погружении.

5) Алюминиевая проволока утонет в расплавленной меди.

Проанализируем каждое утверждение.

1) Утверждение неверно, поскольку температура плавления алюминия ниже температуры плавления серебра.

2) Утверждение неверно, поскольку теплоёмкости серебра и олова различны.

3) Удельная теплота плавления цинка примерно в пять раз больше чем удельная теплота плавления свинца, следовательно, утверждение верно.

4) Поскольку плотность расплавленного металла можно считать практически равной его плотности в твердом состоянии, а плотность стали меньше плотности свинца, утверждение верно.

5) Поскольку плотность расплавленного металла можно считать практически равной его плотности в твердом состоянии, а плотность алюминия меньше плотности меди, утверждение неверно.

Какое количество теплоты выделится при кристаллизации 2 кг расплавленного олова, взятого при температуре кристаллизации, и последующем его охлаждении до 32 °С? (Удельная теплоёмкость олова — 230 Дж/(кг · °С).)

При кристаллизации олова выделяется теплоты, где — удельная теплота кристаллизации олова. При охлаждении выделится теплота где — удельная теплоёмкость олова, — температура плавления олова, Всего при кристаллизации и охлаждении выделится теплота:

В справочнике физических свойств различных материалов представлена следующая таблица:

Вещество Плотность в твердом состоянии*,

Удельная теплоемкость, Удельная теплота плавления,
алюминий 2,7 660 920

цинк 7,1 420 400 120
медь 8,9 1083 400 180
свинец 11,35 327 130 25
серебро 10,5 960 230 87
сталь 7,8 1400 500 78
олово 7,3 232 218 59

* Плотность расплавленного металла считать практически равной его плотности в твёрдом состоянии.

Используя данные таблицы, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) Кольцо из серебра нельзя расплавить в свинцовой посуде.

2) Алюминиевая проволока утонет в расплавленном олове.

3) Для нагревания 1 кг меди на 10 °С потребуется такое же количество теплоты, что и для нагревания 1 кг цинка на 10 С.

4) Свинцовый шарик будет плавать в расплавленной меди при частичном погружении.

5) Для плавления серебряного и оловянного шаров одинаковой массы при температуре их плавления потребуется одинаковое количество теплоты.

1) Кольцо из серебра нельзя расплавить в свинцовой посуде, поскольку температура плавления свинца ниже температуры плавления серебра.

2) Поскольку плотность алюминия меньше плотности олова, алюминиевая проволока не утонет в расплавленном олове.

3) Удельные теплоемкости цинка и меди одинаковы, следовательно, утверждение верно.

4) Плотность свинца больше плотности меди, шарик не будет плавать.

5) Удельные теплоты плавления серебра и олова различны, следовательно, утверждение неверно.

Три твёрдых бруска из меди, золота и платины одинаковой массой 100 г, находящиеся при одинаковой температуре +300 °С, помещают в печь. Используя таблицу, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

Вещество Удельная теплоёмкость вещества в

твёрдом состоянии,

Удельная теплота плавления вещества,

медь 400 1100 210
золото 130 1100 70
платина 140 1800 110

1) Для того чтобы брусок из меди начал плавиться, необходимо количество теплоты, равное 20 кДж.

2) Для того чтобы брусок из платины начал плавиться, необходимо количество теплоты, равное 10 кДж.

3) Бруску из золота требуется наименьшее количество теплоты, чтобы его нагреть до температуры плавления.

4) Бруску из платины требуется наибольшее количество теплоты, чтобы его нагреть до температуры плавления и полностью расплавить.

5) Бруску из золота требуется наименьшее количество теплоты, чтобы его нагреть до температуры плавления и полностью расплавить.

Перед проверкой утверждений запишем массу брусков в килограммах: m = 0,1 кг.

Перед плавлением брусок из меди нужно сначала нагреть на 1100 − 300 = 800 °С и сообщить ему количество теплоты, равное

что больше 20 кДж. Утверждение 1) неверно.

Перед плавлением брусок из платины нужно сначала нагреть на 1800 − 300 = 1500 °С и сообщить ему количество теплоты, равное

что уже больше 10 кДж. Утверждение 2) неверно.

Чтобы нагреть брусок из золота требуется количество теплоты, равное

что меньше соответствующих величин для меди и платины. Утверждение 3) верно.

Чтобы расплавить брусок из платины требуется количество теплоты, равное

,

а с учетом пункта 2) на нагрев и плавление данного бруска уйдет 21 + 11 = 32 кДж, что совпадает с количеством теплоты из пункта 1), следовательно, меди потребуется больше теплоты на нагрев и расплав, и утверждение 4) неверно.

Для расплава золота требуется 70 · 0,1 = 7 кДж, а с учетом пункта 3) всего на нагрев и расплав бруска потребуется 10,4 + 7 = 17,4 кДж, что меньше всех остальных величин, а значит, утверждение 5) верно.

Какое количество теплоты выделится при кристаллизации 2 кг расплавленного олова, взятого при температуре кристаллизации, и последующем его охлаждении до 32 °С? (Удельная теплоёмкость олова — 230 Дж/(кг · °С).)

При кристаллизации олова выделяется теплоты, где — удельная теплота кристаллизации олова. При охлаждении выделится теплота где — удельная теплоёмкость олова, — температура плавления олова, Всего при кристаллизации и охлаждении выделится теплота:

Правильный ответ указан под номером 1.

Какое количество теплоты выделится при охлаждении и кристаллизации воды массой 1 кг, взятой при температуре 10 °С? Ответ дайте в килоджоулях. Удельная теплоёмкость воды 4,2 кДж/(кг·°С), удельная теплота плавления льда 330 кДж/кг.

Сначала вода охлаждается до температуры кристаллизации — 0 °C:

Литровую кастрюлю, полностью заполненную водой, из комнаты вынесли на мороз. Зависимость температуры воды от времени представлена на рисунке. Какое количество теплоты выделилось при кристаллизации и охлаждении льда? Ответ запишите в килоджоулях.

Удельную теплоту плавления льда считать равной

Поскольку объём воды равен одному литру, масса воды равна одному килограмму. Таким образом, кристаллизовался 1 кг льда, выделив при этом

Также тепло выделялось при охлаждении льда:

Следовательно, при кристаллизации и охлаждении льда выделилось 372 кДж энергии.

На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры t двух твёрдых тел одинаковой массы, изготовленных из разных веществ и получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Первоначально вещества находились в жидком состоянии. Длительность промежутка времени равна длительности промежутка времени

Из приведённых ниже утверждений выберите два правильных и запишите их номера.

1) Температура кристаллизации вещества 1 ниже, чем вещества 2.

2) Вещество 2 полностью переходит в твёрдое состояние в тот момент времени, когда начинается кристаллизация вещества 1.

3) Удельная теплота кристаллизации вещества 1 меньше, чем вещества 2.

4) Удельная теплоёмкость вещества 1 в жидком состоянии больше, чем вещества 2.

5) В течение промежутка времени оба вещества находились в твёрдом состоянии.

1. Неверно. По графику процесс отвердевания происходит при постоянной температуре. Температура кристаллизации первого тела выше, чем у второго.

2. Верно. Второе тело закончило отвердевать в момент времени а первое тело начало в этот момент кристаллизоваться.

3. Неверно. Плавление обоих тел происходило за равные промежутки времени, значит, оба тела получили одинаковое количество теплоты. Их массы равны. Удельная теплота плавления, исходя из формулы одинакова для обоих тел.

4. Верно. Так как охлаждение первого в жидком состоянии происходило за больший промежуток времени, то и теплоты потребовалось больше массы тел одинаковы, температура первого тела изменилась на меньшую величину Тогда из формулы удельной теплоёмкости вещества следует, что удельная теплоёмкость

5. Неверно. Тело 1 было в жидком состоянии на участке

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector