Содержание урока

Умения работать с информацией

Мотивационно-целевой этап

Эпиграф на доске (презентация)

«Плавление – это мост между

миром хрупкого льда

и миром текучей воды»

Есть в физике процесс известный,

Эффектный, очень интересный,

В природе протекает он,

В его основу лёг физический закон!

Процесс увидишь — если взглянешь на свечу,

Или на лужицу зимой у дома поутру.

Идёшь ты в школу, а на луже — лёд!

Днём возвращаешься — нет льда, вода течёт!

Да, тает лёд от солнечных лучей,

Металл струится под огнём печей.

Свеча «заплачет» от дыхания огня,

Узором тёплым след оставив для меня.

С затратами тепла всегда процесс идёт,

Ребята! Как процесс тот физик назовёт?

(Плавление.)

В японской поэзии есть такие строки: «Снежинка – это застывшая капля, капля – это растаявшая снежинка». Сформулируйте тему урока.

(плавление и кристаллизация.)

Запишем тему урока в тетради: «Плавление и отвердевание кристаллических тел».

• Умение выявлять ключевые образы и метафоры (анализ поэтического текста и эпиграфа)
• Умение формулировать тему на основе анализа аналогий и ассоциаций.

Актуализация опорных знаний

Прочитайте условия задач. Разделите их на две группы, выбрав определенный признак (критерий).

Задача1
Сколько энергии потребуется, чтобы нагреть 2 кг воды от 20°C до кипения (100°C)? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C).

Задача2
Сколько энергии нужно, чтобы расплавить 3 кг льда, взятого при температуре 0°C? Удельная теплота плавления льда 330 000 Дж/кг.

Задача3
Медную деталь массой 500 г, нагретую до 300°C, опустили в воду массой 1.5 кг при температуре 15°C. Температура смеси установилась на отметке 25°C. Какова удельная теплоёмкость меди? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C). Потерями тепла пренебречь.

Задача4
Сколько пара при 100°C потребуется для нагревания 20 кг льда, взятого при -15°C, до температуры 80°C? Удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда 330 000 Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C), удельная теплота парообразования воды 2.3 * 10^6 Дж/кг.

Задача 5

В калориметр с 200 г холодной воды при 10°C долили 100 г горячей воды. Установившаяся температура составила 36°C. Какова была температура горячей воды? Теплоёмкостью калориметра пренебречь.

Задача6
Сколько энергии потребуется, чтобы 5 кг льда, взятого при температуре -10°C, превратить в воду при 20°C? Удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда 330 000 Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C).

Задача7
В стакан с 200 г воды при 95°C бросили кусочек льда массой 50 г при 0°C. Всё расплавится? Если нет, то сколько льда останется? Если да, то какой будет температура? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда 330 000 Дж/кг.

- Ребята, что у вас получилось?

(Первая группа – задачи, которые мы можем решить. Изменение температуры и уравнение теплового баланса, это задачи 1, 3, 5;

• группа – задачи, с которыми мы не справимся, так как не знаем формулу расчёта количества теплоты для процессов перехода из одного агрегатного состояния в другое. Это задачи 2, 4, 6, 7.)

• Умение классифицировать задачи по выбранному критерию
• Умение выявлять проблему (осознание границ собственных знаний)
• Критическое мышление (оценка собственных возможностей решения)

Основной этап

Изучите выдержки из небольшого научного текста, подчеркните основные идеи и запишите их в тетрадь.

«Процесс плавления — это переход вещества из твёрдого состояния в жидкое. Отвердевание — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое. Для того чтобы расплавить какое-либо тело, ему необходимо передать определённое количество теплоты, при отвердевании количество теплоты выделяется. Это количество не является произвольным; оно строго зависит от двух ключевых факторов.

1. Зависимость от массы (m)

Эта зависимость является прямой и логичной: чем больше масса куска вещества, тем больше в нём молекул, и тем больше энергии потребуется для разрушения кристаллической решётки, удерживающей эти молекулы в узлах.

Количество теплоты Q прямо пропорционально массе: Q ~ m.

2. Зависимость от рода вещества (λ)

Эта зависимость является более глубокой и определяется внутренними свойствами вещества. Мерой этой зависимости служит физическая величина, называемая удельной теплотой плавления (λ).

Удельная теплота плавления показывает, какое количество теплоты необходимо для плавления 1 килограмма данного вещества при температуре его плавления. Она измеряется в Дж/кг.

Разные вещества имеют совершенно разное строение кристаллических решёток и разную прочность связей между молекулами.

• Процесс плавления и отвердевания происходят при определенной температуре, которая называется температурой кристаллизации (или отвердевания).
• Во время всего процесса плавления (отвердевания) температура вещества не меняется, пока полностью не изменится агрегатное состояние. Вся получаемая или выделяющаяся энергия идет на перестройку молекул.

Формула

Обе зависимости объединяются в одной формуле для расчёта количества теплоты, необходимого для плавления кристаллического тела:

Q = λ * m

где:

• Q — количество теплоты [Дж],
• λ (лямбда) — удельная теплота плавления [Дж/кг],
• m — масса вещества [кг].»

Итак, проверяем записи…..

Вывод: Количество теплоты, необходимое для плавления вещества, прямо пропорционально его массе и его удельной теплоте плавления, которая является уникальной характеристикой, определяемой родом вещества. Это величина табличная.

Предлагаю рассчитать удельную теплоту плавления льда, используя виртуальную лабораторию. Работаем в группах по 4 человека. Спланируйте работу. Сравните полученный результат с табличным значением. (3 балла)

https://dzen.ru/video/watch/636bd5094109df5e43e099ff

Что у вас получилось? Какой вывод сделали?

Итак, в нашей «копилке» 4 процесса: нагревание, охлаждение, плавление, отвердевание.

Об этих процессах, причинах их возникновения и условиях протекания можно найти информацию не только в научной литературе, но и в художественном слове. Но, вот беда, абзацы в философской книге перепутаны.

Прочитайте текст в левой колонке таблицы, подчеркните основные идеи, которые сможете использовать при выполнении следующих заданий.

• • • 1. Приведите в порядок художественный текст указав правильный порядок абзацев, вставьте пропущенные слова. (2 балла)
      2. Постройте график для описанных процессов, подпишите каждый процесс и агрегатное состояние вещества на каждом этапе. (4 балла)
      3. Укажите, где поглощается энергия, а где выделяется. (2 балла)

Фазовые превращения вещества (на примере льда)

1. Начальное состояние: Твердое тело (Лёд)

Представим себе кусок чистого льда при температуре -40°C. В этом состоянии молекулы воды (H₂O) образуют жесткую кристаллическую решетку. Они интенсивно колеблются вокруг своих положений равновесия, но не могут свободно перемещаться. При нагревании внутренняя энергия льда увеличивается, что проявляется в росте температуры. Кинетическая энергия молекул растет, амплитуда их колебаний увеличивается.

2. Процесс плавления: Переход из твердого состояния в жидкое

Когда температура льда достигает 0°C (температура плавления), подводимая энергия перестает тратиться на увеличение кинетической энергии (и температуры), а расходуется на разрушение кристаллической решетки. Это означает, что связи между молекулами начинают разрываться, позволяя им перемещаться относительно друг друга.

• Что происходит? Температура вещества не меняется и остается строго на уровне 0°C до тех пор, пока весь лёд не растает. Вся энергия уходит на преодоление сил молекулярного притяжения. В сосуде одновременно существуют и лёд, и вода. Этот процесс называется плавлением.

3. Нагревание в жидком состоянии (Вода)

После того как весь лёд превратился в воду при 0°C, дальнейший подвод тепла снова начинает увеличивать кинетическую энергию молекул. Теперь молекулы воды, уже свободно перемещающиеся, но все еще удерживаемые силами притяжения (поверхностное натяжение), начинают двигаться быстрее. Это приводит к росту температуры жидкости. Например, от 0°C до 40°C . Жидкость расширяется.

4. Обратный процесс: Охлаждение жидкости

Если начать охлаждать воду, отбирая у нее тепло, процесс пойдет в обратном порядке. Кинетическая энергия молекул уменьшается, они двигаются медленнее, что приводит к снижению температуры. Вода охлаждается, с 40°C до 0°C.

5. Процесс кристаллизации (отвердевания): Переход из жидкого состояния в твердое

Когда температура воды достигает 0°C, начинается ключевой обратный процесс — кристаллизация (или отвердевание).

• Что происходит? Молекулы воды, теряя энергию, уже не могут сопротивляться силам притяжения и начинают выстраиваться в упорядоченную кристаллическую решетку. Температура вещества снова не меняется и остается на уровне 0°C до тех пор, пока вся вода не превратится в лёд. При этом энергия (называемая теплотой кристаллизации) выделяется в окружающую среду.

6. Охлаждение в твердом состоянии (Лёд)

После полного замерзания воды дальнейший отвод тепла приводит к снижению температуры льда ниже 0°C (например, до -40°C). Колебания молекул в кристаллической решетке становятся менее интенсивными.

Он помнил, как это было – быть Снегом.

1. Сначала пришло ……………….. Не тепло – нет, это было грубое, настойчивое вторжение. Его идеальная, хрустальная жизнь в мире, где каждая грань сверкала под холодной луной, начала рушиться. Внутри него, в самых сердцевинах молекул, зародился трепет. Тихий, едва уловимый гул. Прежде он был неподвижным царством, где каждая частица знала свое место. А теперь его начало колотить, трясти изнутри. Это был невыносимый зуд бытия. Он не таял – он медленно сходил с ума от этого нарастающего вибрационного гула. Мир терял четкость, края расплывались.

2. И наконец, …………………...

Это не было поражением. Это было возвращением домой. Медленно, с почти что церемониальной торжественностью, его текучая, непостоянная душа начала обретать форму. Движение замирало. Свобода по каплям сменялась строгим порядком. Он снова обретал границы, слышал, как внутри выстраиваются в идеальные ряды замолкшие молекулы, каждая на своем месте. Шепот становился тише, пока не воцарилась полная, безмолвная ясность.

3. Но всё имеет свой предел.

Первым пришло ………………. Не резкий удар, а медленное, неумолимое истощение. Танец молекул становился все ленивее, вальс замедлялся. Небо в его зеркальной поверхности потускнело. Силы покидали его. Прежняя стремительность сменилась тяжелой, вязкой усталостью. Мир вокруг становился четче, холоднее, тверже.

4. Затем началось новое ……………... Если первое было трепетом, то это стало полетом. Жизнь в состоянии Воды стала ярче, стремительнее. Он пел на перекатах, был зеркалом для неба, его сущность ускорялась, неслась куда-то, движимая неведомой силой. Он чувствовал, как внутри растет напряжение, желание стать чем-то большим. Он бурлил, он испарялся, поднимаясь в невидимых парах к солнцу. Он был на вершине могущества, готовый к последнему прыжку.

5. Он снова стал Льдом. Но он был другим. В его прозрачной глубине навсегда осталась память о солнце, о танце, о полете. Он был тем же Снегом, но прошедшим через огонь и воду, и теперь его холод был мудрым, а покой – выстраданным и добровольным.

6. И тогда наступил хаос – …………………….

Это не была смерть. Это было растворение. Твердая уверенность его «Я» внезапно капитулировала. Ледяные оковы сознания лопнули с тихим звоном, и он потек. Прежняя форма, столь дорогая и знакомая, исчезла. Он стал Водой. Сначала это было страшно – эта свобода, эта текучесть. Он обнимал камни, струился между пальцами земли, вздымался от прикосновения ветра. Каждая молекула танцевала в безумном, освобождающем хаосе.

T (°C) ↑

|

80 |

|

40 |

|

0 |----•----•----•----•----•----•----•----•----•----•-- t (мин)

| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-40 •

|

Проверяем результат вашей работы.

Текст о «чувствах» снега, о его внутреннем строении, агрегатном состоянии и переходах. О физических процессах, связанных с изменениями внутренней энергии.

Следует куплеты расположить следующим образом 1, 6, 4, 3, 2, 5 и вставить следующие слова (красным цветом)

«Он помнил, как это было – быть Снегом.

Сначала пришло Нагревание. Не тепло – нет, это было грубое, настойчивое вторжение. Его идеальная, хрустальная жизнь в мире, где каждая грань сверкала под холодной луной, начала рушиться. Внутри него, в самых сердцевинах молекул, зародился трепет. Тихий, едва уловимый гул. Прежде он был неподвижным царством, где каждая частица знала свое место. А теперь его начало колотить, трясти изнутри. Это был невыносимый зуд бытия. Он не таял – он медленно сходил с ума от этого нарастающего вибрационного гула. Мир терял четкость, края расплывались.

И тогда наступил хаос – Плавление.

Это не была смерть. Это было растворение. Твердая уверенность его «Я» внезапно капитулировала. Ледяные оковы сознания лопнули с тихим звоном, и он потек. Прежняя форма, столь дорогая и знакомая, исчезла. Он стал Водой. Сначала это было страшно – эта свобода, эта текучесть. Он обнимал камни, струился между пальцами земли, вздымался от прикосновения ветра. Каждая молекула танцевала в безумном, освобождающем хаосе.

Затем началось новое Нагревание. Если первое было трепетом, то это стало полетом. Жизнь в состоянии Воды стала ярче, стремительнее. Он пел на перекатах, был зеркалом для неба, его сущность ускорялась, неслась куда-то, движимая неведомой силой. Он чувствовал, как внутри растет напряжение, желание стать чем-то большим. Он бурлил, он испарялся, поднимаясь в невидимых парах к солнцу. Он был на вершине могущества, готовый к последнему прыжку.

Но всё имеет свой предел.

Первым пришло Охлаждение. Не резкий удар, а медленное, неумолимое истощение. Танец молекул становился все ленивее, вальс замедлялся. Небо в его зеркальной поверхности потускнело. Силы покидали его. Прежняя стремительность сменилась тяжелой, вязкой усталостью. Мир вокруг становился четче, холоднее, тверже.

И наконец, Кристаллизация.

Это не было поражением. Это было возвращением домой. Медленно, с почти что церемониальной торжественностью, его текучая, непостоянная душа начала обретать форму. Движение замирало. Свобода по каплям сменялась строгим порядком. Он снова обретал границы, слышал, как внутри выстраиваются в идеальные ряды замолкшие молекулы, каждая на своем месте. Шепот становился тише, пока не воцарилась полная, безмолвная ясность.

Он снова стал Льдом. Но он был другим. В его прозрачной глубине навсегда осталась память о солнце, о танце, о полете. Он был тем же Снегом, но прошедшим через огонь и воду, и теперь его холод был мудрым, а покой – выстраданным и добровольным.»

• Умение выделять главное в научном тексте (подчеркивание основных идей)
• Умение структурировать информацию (запись в тетрадь ключевых положений)
• Умение планировать экспериментальную деятельность
• Умение работать с виртуальными лабораториями
• Умение сравнивать экспериментальные данные с табличными значениями
• Умение восстанавливать логическую последовательность текста
• Умение идентифицировать физические процессы в художественном описании
• Умение перекодировать информацию (из художественной формы в научную - построение графика)
• Умение устанавливать соответствия между физическими процессами и их образными описаниями

Контроль, оценка

• 1. Ребята, вспомним задачи, которые в начале урока мы не могли решить. Сейчас справимся с ними?

Предлагаю каждому выбрать задачу 2 или 6 и решить её.

Задача 2 (2 балла)
Сколько энергии нужно, чтобы расплавить 3 кг льда, взятого при температуре 0°C? Удельная теплота плавления льда 330 000 Дж/кг.

(Решение:
Q = λ * m
Q = 330 000 Дж/кг * 3 кг = 990 000 Дж = 990 кДж)

Задача 6 (3 балла)
Сколько энергии потребуется, чтобы 5 кг льда, взятого при температуре -10°C, превратить в воду при 20°C? Удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда 330 000 Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C).

(Решение:
Процесс состоит из трёх этапов:

1. Нагревание льда от -10°C до 0°C:
   Q1 = c_л * m * (0 - (-10)) = 2100 * 5 * 10 = 105 000 Дж
2. Плавление льда при 0°C:
   Q2 = λ * m = 330 000 * 5 = 1 650 000 Дж
3. Нагревание воды от 0°C до 20°C:
   Q3 = c_в * m * (20 - 0) = 4200 * 5 * 20 = 420 000 Дж

Общая энергия:
Q = Q1 + Q2 + Q3 = 105 000 + 1 650 000 + 420 000 = 2 175 000 Дж = 2175 кДж)

• 1. Заполните пропуски

Краткая схема процессов: (2 балла)

1. Нагревание твердого тела: Рост температуры, увеличение колебаний молекул.
2. Плавление: Постоянная температура, разрушение кристаллической решетки.
3. Нагревание жидкости: ………………………………., увеличение скорости движения молекул.
4. Охлаждение жидкости: Снижение температуры, …………………… движения молекул.
5. Кристаллизация: Постоянная температура, …………………………………….
6. Охлаждение твердого тела: ………………………., уменьшение колебаний молекул.

Проверка

Краткая схема процессов:

1. Нагревание твердого тела: Рост температуры, увеличение колебаний молекул.
2. Плавление: Постоянная температура, разрушение кристаллической решетки.
3. Нагревание жидкости: Рост температуры, увеличение скорости движения молекул.
4. Охлаждение жидкости: Снижение температуры, уменьшение скорости движения молекул.
5. Кристаллизация: Постоянная температура, образование кристаллической решетки.
6. Охлаждение твердого тела: Снижение температуры, уменьшение колебаний молекул.

Заполните лист оценивания. Переведите баллы в оценку. Сдайте листы учителю.

• Умение выбирать задание по уровню сложности
• Умение применять алгоритм решения комплексных задач
• Умение систематизировать знания (заполнение схемы процессов)
• Самоконтроль и самооценка

Рефлексия учебной деятельности

«График моего понимания»

Ученикам предлагается нарисовать график, аналогичный графику плавления/отвердевания, но по оси Y отложить «Уровень моего понимания темы».

• Вопросы:
  • Участок АВ (нагревание): Как росло ваше понимание от начала урока?
  • Участок ВС (плавление): Был ли момент «озарения», когда сложная информация «растаяла» и стала понятной?
  • Участок СD (нагревание жидкости): Как углубились ваши знания после усвоения основ?
  • Участок DE (кристаллизация): Что из изученного сегодня прочно «закристаллизовалось» в вашем сознании?

(Объяснение графика:

Участок AB (нагревание):

• Медленный рост понимания от 0%
• Постепенное знакомство с новой темой
• "Разогрев", вхождение в материал

Участок BC (плавление):

• Горизонтальный участок - момент "застревания"
• Кажется, что понимание не растет
• Процесс "переваривания" сложной информации

Участок CD (нагревание жидкости):

• Резкий скачок понимания после "озарения"
• Информация "растаяла" и стала понятной
• Быстрое усвоение материала

Точка D (кристаллизация):

• Максимальный уровень понимания (~80-90%)
• Ключевые идеи прочно закрепились в сознании
• "Ага-эффект" - всё встало на свои места

Такой график показывает, что понимание сложных тем часто происходит нелинейно, с периодами "застоя", за которыми следуют прорывы.)

• Метафорическое мышление (перенос физической модели на процесс познания)
• Самодиагностика учебного процесса
• Умение анализировать собственные когнитивные процессы

Домашнее задание

1. Решить задачу 7.
   В стакан с 200 г воды при 95°C бросили кусочек льда массой 50 г при 0°C. Всё расплавится? Если нет, то сколько льда останется? Если да, то какой будет температура? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°C), удельная теплота плавления льда 330 000 Дж/кг.
2. Построить график (температура – время) плавления и отвердевания для меди, взятой при температуре 25⁰ С.
3. Объясните одно из высказываний:

«Порядок, побежденный хаосом, — вот что такое плавление. Но хаосом управляет строгий закон»

«Чтобы стать другим, не переставая быть собой, — нужно пройти через плавление»

«Лёд – это камень, который плачет на солнце»

«Что для льда смерть, то для воды – рождение»

«Тот, кто первым научился плавить металл, подарил человечеству новую эру»

• Умение интерпретировать физические явления через философские категории
• Умение переносить знания на новые ситуации
• Творческое осмысление учебного материала