Кипение. Зависимость температуры кипения от давления
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока объяснить физическую сущность кипения, сформулировать зависимость температуры кипения жидкости от внешнего давления и применить её для объяснения не менее двух бытовых или технических ситуаций.
- Сформировать представление о кипении как парообразовании во всём объёме жидкости, сопровождающемся образованием и ростом пузырьков пара.
- Научить устанавливать по результатам наблюдения и данным таблицы, как изменение давления влияет на температуру кипения воды.
- Развивать умение выдвигать гипотезы, работать с видеодемонстрацией и аргументировать выводы в паре.
- Воспитывать ответственное отношение к безопасному проведению опытов и интерес к применению физических знаний в технике, кулинарии и медицине.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к объяснению наблюдаемого явления кипения в бытовых и технических условиях.
- Осознают значение соблюдения правил безопасности при работе с горячими жидкостями, паром и нагревательными приборами.
- Оценивают практическую ценность знаний о давлении и температуре кипения для выбора безопасного способа приготовления пищи.
- Получают опыт самостоятельного выбора уровня задания и осмысления собственного продвижения.
Метапредметные
- Формулируют гипотезу о влиянии давления на температуру кипения и проверяют её по экспериментальным данным.
- Извлекают информацию из видеодемонстрации, таблицы и схемы, сравнивают результаты и формулируют вывод.
- Сотрудничают в паре: распределяют роли, задают уточняющие вопросы и аргументируют общий ответ.
- Осуществляют самоконтроль по критериям, фиксируют затруднение и выбирают способ его устранения.
Предметные
- Знать определение кипения и условия, при которых жидкость кипит.
- Уметь объяснять кипение с точки зрения движения молекул и равенства давления насыщенного пара внешнему давлению.
- Уметь формулировать зависимость температуры кипения жидкости от внешнего давления: при увеличении давления температура кипения повышается, при уменьшении — понижается.
- Уметь применять закономерность для объяснения работы скороварки, приготовления пищи в горах и охлаждения жидкости при пониженном давлении.
- Владеть навыком чтения экспериментальной таблицы и построения качественного вывода по данным.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения зависимости температуры кипения от давления через связь с безопасностью и технологиями.
- Проявляют ответственное отношение к выполнению требований техники безопасности.
- Осознают границы собственных знаний и спокойно формулируют вопрос при затруднении.
- Оценивают вклад каждого участника пары в достижение общего результата.
Регулятивные УУД
- Совместно с учителем формулируют цель урока и план её достижения.
- Планируют последовательность действий при анализе опыта и таблицы данных.
- Сверяют объяснение с физическим законом и исправляют неточности.
- Оценивают результат по критериям и формулируют следующий шаг для повторения.
Познавательные УУД
- Выделяют признаки кипения и отличают кипение от испарения.
- Устанавливают причинно-следственную связь между давлением, движением молекул и температурой кипения.
- Сравнивают условия кипения воды при нормальном, повышенном и пониженном давлении.
- Моделируют процесс с помощью схемы «давление — температура кипения — практический эффект».
- Работают с таблицей экспериментальных значений и формулируют вывод на основе данных.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в паре: наблюдатель, аналитик, докладчик или меняются ролями.
- Формулируют вопрос и ответ, используя физические термины «кипение», «давление», «температура кипения».
- Аргументируют вывод ссылкой на наблюдение, таблицу или известное свойство.
- Учитывают мнение партнёра и приходят к общей формулировке без конфликтного спора.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить ноутбук, проектор или интерактивную доску и короткую видеодемонстрацию кипения воды при пониженном давлении; заранее проверить звук и воспроизведение без доступа к интернету.
- Подготовить безопасную демонстрацию: колбу с тёплой водой, резиновую пробку и ручной вакуумный насос либо готовый видеоматериал вместо опыта с горячей жидкостью.
- Распечатать карточки для парной работы трёх уровней — по одной карточке на пару, комплект для каждого варианта.
- Распечатать таблицу экспериментальных данных и мини-лист самооценки — по одному экземпляру на каждого ученика.
- Вывесить на доске схему «Кипение: образование пузырьков — рост пузырьков — всплытие — выход пара» и незаполненную схему зависимости давления от температуры кипения.
- Подготовить карточки с ролями для пар: «наблюдатель», «аналитик», «докладчик», а также таймер на 3 минуты.
- Подготовить слайд с правилами безопасности: не касаться горячего оборудования, не направлять струю пара на себя и других, не открывать сосуд под давлением.
- Подготовить термометр, штатив, теплоизолирующую подставку и защитные очки, если демонстрация проводится очно; опыт выполняет только учитель.
- Подготовить межпредметные примеры: скороварка, высотная кухня, стерилизация медицинских инструментов и лиофильная сушка продуктов.
- Разместить на доске ключевой вывод с пропусками: «При увеличении давления температура кипения ...; при уменьшении давления температура кипения ...».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить подростков в исследовательскую ситуацию и обеспечить готовность к безопасной работе.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, на столе тетрадь, ручку и карточку для работы в паре. Сегодня мы будем не просто вспоминать свойство воды, а проверять гипотезу, которая объясняет работу скороварки и особенности приготовления пищи в горах. Сразу договоримся: горячее оборудование без разрешения не трогаем, к пару не наклоняемся, вывод формулируем только после наблюдения." | Проверяют готовность, садятся по парам, выбирают партнёра для работы и проговаривают правило безопасности: «Не касаться горячего оборудования». |
2 мин | Учитель показывает на экране два изображения: кипящая вода в обычной кастрюле и скороварка. Спрашивает: "В обоих случаях вода кипит. Почему в скороварке пища готовится быстрее? Предположите, меняется ли температура кипения воды при изменении давления. Запишите индивидуальную гипотезу одним предложением." | Рассматривают изображения, записывают гипотезу и предлагают варианты: «В скороварке давление больше, поэтому вода кипит при более высокой температуре»; «При меньшем давлении кипение начинается раньше». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели практическую проблему и выдвинули разные гипотезы. Теперь вспомним, что уже знаем о парообразовании, чтобы проверить их физически."
Этап 2. Актуализация знаний и работа в парах (5 мин)
Цель этапа: восстановить признаки испарения, кипения и давление насыщенного пара как основу нового знания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт парам карточку с утверждениями и говорит: "Приём «Подумай — обсуди в паре — поделись». Сначала каждый за 30 секунд отмечает В или Н, затем вы сравниваете ответы. Определите, какие признаки относятся к кипению: процесс идёт только с поверхности; процесс идёт во всём объёме; температура жидкости при установившемся кипении постоянна; пузырьки пара образуются и всплывают." | Индивидуально отмечают утверждения, затем сравнивают в паре и исправляют разногласия. Выбирают: кипение идёт во всём объёме, сопровождается образованием пузырьков, при постоянном давлении температура остаётся постоянной. |
3 мин | Учитель организует проверку: "Поднимите карточку с буквой В или Н. Объясните не только выбор, но и причину. Чем кипение отличается от испарения? Что происходит с пузырьками пара внутри жидкости?" Учитель фиксирует на доске ключевые слова и уточняет: "Для начала кипения давление пара внутри пузырька должно стать не меньше давления окружающей жидкости." | Представляют общий ответ пары: «Испарение идёт с поверхности при любой температуре, а кипение — во всём объёме при определённой температуре»; «Пузырьки растут, всплывают и выходят на поверхность». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы восстановили признаки кипения и увидели, что пузырьку пара приходится преодолевать давление окружающей жидкости. Значит, изменение внешнего давления должно повлиять на условие кипения. Проверим это предположение."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную проблему, цель и план исследования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует на экране короткий фрагмент: вода в колбе начинает интенсивно кипеть при откачивании воздуха, хотя нагреватель выключен. Затем спрашивает: "Температура воды не увеличивается, но кипение начинается. Какое условие изменилось? Почему пузырьки смогли увеличиться? Что нам нужно выяснить, чтобы объяснить опыт?" | Наблюдают видео, формулируют предположения: «Уменьшилось давление воздуха»; «Пузырькам стало легче расширяться»; «Нужно выяснить связь давления и температуры кипения». |
2 мин | Учитель принимает формулировки и записывает цель: "Сегодня выясним, как внешнее давление влияет на температуру кипения, объясним это движение молекул и применим вывод к скороварке и условиям высокогорья. План такой: наблюдение, анализ данных, формулировка закона, применение." | Записывают тему и цель, предлагают критерии результата: «Смогу назвать зависимость», «смогу объяснить опыт», «смогу решить практическую задачу». |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проблема поставлена: почему кипение может начаться без дополнительного нагревания. Теперь перейдём к наблюдению и соберём доказательства, а не будем ограничиваться догадкой."
Этап 4. Открытие нового знания: демонстрация и ИКТ (10 мин)
Цель этапа: установить по наблюдению и данным, что температура кипения зависит от внешнего давления.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает безопасную видеодемонстрацию или выполняет опыт с колбой: "Посмотрите на экран. В колбе находится тёплая вода. При откачивании воздуха давление над водой уменьшается. Следите не только за появлением пузырьков, но и за тем, нагревается ли вода. Запишите два наблюдения: что происходит с пузырьками и что происходит с температурой." | Наблюдают за видео, фиксируют: «Пузырьки становятся крупнее, вода начинает кипеть»; «дополнительного нагревания нет, температура не возрастает». |
3 мин | Учитель показывает таблицу на экране: «Давление около 101 кПа — температура кипения 100 °C; давление около 70 кПа — примерно 90 °C; давление около 47 кПа — примерно 80 °C; давление около 200 кПа — примерно 120 °C». Спрашивает: "Сравните строки. Как меняется температура кипения при уменьшении и увеличении давления?" | В парах сравнивают строки, подчёркивают пары «давление — температура», формулируют: «При уменьшении давления температура кипения понижается; при увеличении давления повышается». |
4 мин | Учитель строит на доске схему и объясняет: "В жидкости постоянно образуется пар. Пузырёк растёт, когда давление его пара становится достаточным для противодействия внешнему давлению. При пониженном внешнем давлении это равенство достигается при меньшей температуре, поэтому жидкость кипит раньше. При повышенном давлении молекулам пара нужно сильнее раздвинуть окружающую жидкость, поэтому требуется большая температура. Запишите общий вывод." | Перерисовывают схему, задают уточняющие вопросы, записывают вывод: «Температура кипения жидкости повышается с увеличением внешнего давления и понижается с его уменьшением». |
Запись в тетрадях
Кипение — интенсивное парообразование, происходящее во всём объёме жидкости при определённой температуре. Температура кипения зависит от внешнего давления: при увеличении давления она повышается, при уменьшении давления — понижается. При нормальном атмосферном давлении вода кипит примерно при 100 °C.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Наблюдение и таблица подтвердили нашу гипотезу. Мы установили не только направление зависимости, но и её причину: пузырьку пара легче или труднее расширяться. Теперь применим закон к конкретным ситуациям."
Этап 5. Первичное закрепление и межпредметные связи (7 мин)
Цель этапа: применить новый закон к жизненным, технологическим и естественно-научным ситуациям.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт парам карточки с тремя ситуациями и говорит: "Выберите две из трёх задач. Используйте схему «условие — изменение давления — изменение температуры кипения — объяснение». Первая ситуация: в скороварке давление выше атмосферного. Вторая: в высокогорном поселении давление ниже нормального. Третья: при пониженном давлении в вакуумной установке удаляют влагу из продукта. Сформулируйте объяснение в двух-трёх предложениях." | Выбирают две ситуации, распределяют роли, записывают объяснение. Пример ответа: «В скороварке давление повышено, поэтому вода кипит при температуре выше 100 °C и пища готовится быстрее». «В горах давление ниже, поэтому вода кипит при температуре ниже 100 °C, и продукты могут готовиться дольше». |
3 мин | Учитель организует взаимную проверку: "Обменяйтесь карточками с соседней парой. Проверьте три пункта: названо изменение давления, правильно указано изменение температуры, объяснена практическая особенность. Поставьте две звезды и одно пожелание." | Проверяют карточку по трём критериям, отмечают две сильные стороны и один совет, исправляют неточную формулировку. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что один и тот же закон объясняет работу кухонного прибора, особенности жизни в горах и технологию сохранения продуктов. Теперь каждый проверит себя самостоятельно."
Этап 6. Физкультминутка (2 мин)
Цель этапа: снять статическое напряжение и восстановить внимание перед индивидуальной работой.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит короткую физкультминутку: "Встаньте рядом с партой. На вдохе поднимаем руки — представляем рост пузырьков пара. На выдохе плавно опускаем. Теперь потянитесь вверх, затем расслабьте плечи. Сделаем три спокойных наклона головы и возвращаемся к работе. Движения выполняем без резких рывков." | Выполняют дыхательное упражнение, потягивание и мягкие движения плечами, затем садятся и готовят тетради к самостоятельной работе. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы восстановили внимание и готовы перейти от совместного обсуждения к самостоятельной проверке понимания."
Этап 7. Самостоятельная работа с самопроверкой (9 мин)
Цель этапа: диагностировать индивидуальное понимание закона и умение применять его без подсказки партнёра.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт индивидуальные задания двух обязательных и одного выбранного уровня: "Выполните задания самостоятельно. Базовый уровень: допишите правило и объясните, почему в горах вода кипит при температуре ниже 100 °C. Средний уровень: расположите условия по возрастанию температуры кипения — давление 50 кПа, 101 кПа, 150 кПа — и обоснуйте порядок. Повышенный уровень по выбору: объясните, почему при пониженном давлении жидкость может кипеть без дополнительного нагревания. Не забудьте использовать слова «пузырёк пара» и «внешнее давление»." | Индивидуально выполняют обязательные задания и по выбору повышенное, записывают рассуждение полными предложениями. |
2 мин | Учитель выводит на экран эталон: «При уменьшении давления температура кипения понижается; 50 кПа — 101 кПа — 150 кПа; в горах вода кипит при меньшей температуре». Говорит: "Проверьте не только ответ, но и цепочку объяснения. Ошибку подчеркните и рядом запишите исправление." | Сверяют ответы с эталоном, подчёркивают ошибки, исправляют их и ставят рядом условный знак: «+» — понял, «?» — нужно повторить. |
2 мин | Учитель проводит «Светофор»: "Покажите зелёную карточку, если можете объяснить зависимость без опоры; жёлтую — если понимаете правило, но путаетесь в объяснении; красную — если нужна помощь. По жёлтым и красным сигналам я вижу, что повторить на следующем уроке." | Показывают карточку, формулируют личное затруднение: «Путаю давление внутри пузырька и внешнее давление» или «Могу применить правило к скороварке». |
Эталон решения
1. При давлении 50 кПа температура кипения наименьшая, затем при 101 кПа, наибольшая — при 150 кПа. 2. Основание: при увеличении внешнего давления пузырьку пара труднее расширяться, поэтому для кипения нужна более высокая температура. 3. В горах давление меньше атмосферного, поэтому равенство давления пара внутри пузырька и внешнего давления достигается при меньшей температуре.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самостоятельная работа показала, что основное правило уже стало вашим инструментом. В конце урока проверим, можете ли вы сформулировать его кратко и связать с первоначальной проблемой о скороварке."
Этап 8. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осмыслить результат, выявить оставшиеся затруднения и зафиксировать дальнейшую работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель возвращается к начальной гипотезе: "Снова посмотрим на вопрос о скороварке. Почему в ней пища готовится быстрее? Сформулируйте ответ по цепочке: давление — температура кипения — результат." | Формулируют: «В скороварке давление повышается, поэтому температура кипения воды становится выше 100 °C; пища получает больше энергии за то же время и готовится быстрее». |
2 мин | Учитель предлагает «Билет на выход»: "На маленьком листке завершите три фразы: «Кипение отличается от испарения тем, что…»; «При уменьшении давления температура кипения…»; «Пример применения этого закона…». Внизу поставьте одну отметку самооценки от 1 до 3." | Заполняют билет на выход, приводят пример скороварки, горной местности или вакуумной сушки, оценивают понимание. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите уровень с учётом сегодняшней самооценки. Проверьте, чтобы в каждом объяснении была причинная связь, а не только готовый ответ." | Записывают домашнее задание, задают уточняющий вопрос при необходимости. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Сегодня мы выяснили, что температура кипения не является неизменной характеристикой жидкости: она зависит от внешнего давления. Вы доказали это наблюдением, таблицей и практическими примерами. Сохраните билет на выход — он поможет начать следующий урок с нужного места."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены оба обязательных задания и задание выбранного повышенного уровня, правильно сформулирована зависимость температуры кипения от давления, приведено причинное объяснение и использованы физические термины.
- «4» — верно выполнены оба обязательных задания, зависимость сформулирована правильно, но в объяснении есть одна неполнота или неточность.
- «3» — правильно выполнено хотя бы одно обязательное задание и указано направление зависимости, однако причинное объяснение неполное или содержит одну существенную ошибку.
- Ниже базового уровня — отсутствует верное направление зависимости либо ответ не связан с изменением внешнего давления; требуется повторить схему и выполнить задание с опорой.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о температуре кипения? | Выявление осознания зависимости температуры кипения от внешнего давления. |
Как вы объясните кипение воды в горах или работу скороварки? | Проверка переноса закона в жизненную ситуацию. |
На каком шаге рассуждения возникло затруднение: наблюдение, чтение таблицы или объяснение? | Выявление конкретной точки затруднения для коррекции. |
Какой цвет светофора вы выбрали и что поможет перейти на следующий уровень? | Формирование навыка самооценки и планирования дальнейшей работы. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы установили, что кипение зависит не только от рода жидкости, но и от внешнего давления. При повышении давления температура кипения повышается, а при понижении — понижается. Типичная ошибка — просто назвать правило и не объяснить, почему пузырьки пара ведут себя иначе. На следующем уроке мы продолжим изучать процессы парообразования и научимся анализировать их энергетические характеристики."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Ответить письменно на 4 вопроса по теме: дать определение кипения; назвать два отличия кипения от испарения; сформулировать зависимость температуры кипения от давления; объяснить кипение воды в горах. | Закрепляет основные понятия и направление зависимости; при проверке обратить внимание на точность терминов и наличие причинного объяснения. |
Средний (повышающий) | Решить 3 качественные задачи: объяснить работу скороварки, сравнить приготовление пищи на уровне моря и в горах, объяснить кипение жидкости при пониженном давлении. | Формирует умение применять закон в реальных ситуациях; при проверке смотреть на последовательность «давление — температура кипения — результат». |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить мини-исследование на 8–10 предложений или схему «Где используется зависимость температуры кипения от давления»: выбрать два примера из техники, медицины, пищевых технологий или природы и обосновать каждый. | Развивает исследовательское и межпредметное мышление; при проверке учитывать достоверность примеров, физическое объяснение и самостоятельность вывода. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Что называют кипением? От чего зависит температура кипения? Как изменится температура кипения при уменьшении давления? Почему в скороварке пища готовится быстрее? Чем кипение отличается от испарения?»
