Плавление и отвердевание. Удельная теплота плавления
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока учащиеся объяснят различия между плавлением и отвердеванием, сформулируют смысл удельной теплоты плавления и решат не менее двух расчётных задач по формуле $Q=\lambda m$, используя единицы СИ.
- Образовательная задача: установить связь между количеством теплоты, массой вещества и удельной теплотой плавления, опираясь на наблюдение и данные таблицы.
- Развивающая задача: развивать умение выдвигать гипотезу, анализировать экспериментальные данные, сравнивать величины и аргументировать вывод в паре или группе.
- Регулятивная задача: учить планировать решение задачи, проверять размерность и оценивать правдоподобие полученного результата.
- Воспитательная задача: формировать ответственное отношение к безопасной работе с нагревательными приборами и понимание практического значения физических знаний для техники, строительства и энергетики.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к объяснению фазовых переходов в природе и технике.
- Осознают ценность точных измерений, доказательного рассуждения и соблюдения правил безопасности.
- Связывают изучение теплоты плавления с профессиями инженера, технолога, повара, металлурга и специалиста по холодильным установкам.
- Принимают необходимость самостоятельной проверки результата и уважительно относятся к мнению одноклассников.
Метапредметные
- Извлекают информацию из текста учебника, таблицы удельных теплот плавления и цифровой модели.
- Формулируют гипотезу, выделяют условие и требование задачи, выбирают физическую модель и алгоритм решения.
- Работают в паре и группе, распределяют роли, задают уточняющие вопросы и аргументируют вывод.
- Используют ИКТ для наблюдения виртуального опыта и представления результатов.
- Осуществляют самоконтроль по эталону, выявляют ошибку в единицах или формуле и корректируют решение.
Предметные
- Знать определения плавления, отвердевания и удельной теплоты плавления.
- Уметь описывать превращение вещества из твёрдого состояния в жидкое и обратно, указывая направление передачи энергии.
- Уметь применять формулу $Q=\lambda m$ для расчёта количества теплоты, массы или удельной теплоты плавления.
- Уметь пользоваться таблицей значений удельной теплоты плавления и записывать ответ с единицами измерения.
- Уметь объяснять, почему при плавлении вещества температура не изменяется до полного расплавления при постоянном давлении.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения фазовых переходов через связь с бытовыми и профессиональными ситуациями.
- Проявляют ответственное отношение к соблюдению инструкции при работе с нагревательным оборудованием.
- Оценивают собственную готовность объяснить физическое явление однокласснику.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель из проблемного вопроса и формулируют план её достижения.
- Планируют последовательность решения задачи: перевод величин, запись формулы, подстановка, проверка.
- Сверяют результат с эталоном и исправляют обнаруженные ошибки.
- Оценивают степень достижения цели с помощью листа самооценки и сигнальных карточек.
Познавательные УУД
- Сравнивают процессы плавления и отвердевания по направлению теплопередачи и изменению агрегатного состояния.
- Выделяют существенные признаки удельной теплоты плавления и строят физическую модель задачи.
- Анализируют таблицу физических величин, устанавливают зависимость $Q$ от $m$ и $\lambda$.
- Преобразуют словесное описание явления в формулу и объясняют смысл единицы измерения $\text{Дж/кг}$.
Коммуникативные УУД
- Распределяют роли в группе: координатор, экспериментатор, аналитик и докладчик.
- Формулируют вопросы по тексту учебника и цифровой модели.
- Представляют общий вывод группы кратко и доказательно.
- Согласуют разные варианты решения, используя аргументы, а не личные оценки.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить учебник, презентацию с фотографиями таяния льда, свечи и металла, а также интерактивную модель фазового перехода; проверить работу проектора и интерактивной доски.
- Подготовить демонстрационное оборудование: кусочки льда, термометр, теплоизолированный стакан, электрический нагреватель или безопасную водяную баню, штатив, защитные перчатки и салфетки.
- Подготовить цифровые или распечатанные графики зависимости температуры льда от времени нагревания; на графике заранее выделить участок плавления.
- Распечатать по одному листу исследовательского задания на группу из 4 человек, карточки трёх уровней сложности по одной на каждого ученика и лист самооценки.
- Вывесить на доску памятку: «Дано — СИ — формула — вычисления — ответ», а также таблицу обозначений $Q$, $m$, $\lambda$.
- Подготовить таблицу удельных теплот плавления распространённых веществ: лёд, алюминий, свинец, медь и железо.
- Подготовить сигнальные карточки зелёного, жёлтого и красного цвета для быстрой обратной связи.
- Организовать безопасную рассадку для фронтальной демонстрации и групповой работы; заранее определить состав групп и роли.
- Использовать методические ресурсы: учебник и его текст по теме, таблицу физических величин, виртуальную лабораторию или ЭОР с моделью плавления, презентацию учителя и раздаточные карточки.
- Подготовить творческое задание на выбор: мини-плакат «Как сохранить лёд дольше?» или короткое объяснение для инженера холодильной установки.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и вызвать интерес к проблеме изменения агрегатного состояния.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||
|---|---|---|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране два изображения: кусок льда в стакане и металлическую деталь, которую расплавляют в печи. «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы разберёмся, что общего у таяния льда и плавления металла. Подумайте, почему для этих процессов требуется энергия и куда она расходуется». | Рассматривают изображения, записывают дату и тему, высказывают предположения: «Вещество получает тепло», «Меняется его состояние». | 2 мин | Учитель предлагает игровой приём «Физический детектив»: «За минуту найдите в классе или мысленно вспомните два примера плавления и два примера отвердевания. Не называйте только слово “лёд”: объясните, какое вещество и что с ним происходит». | В парах обсуждают примеры и сообщают классу: «Воск плавится при нагревании», «Вода замерзает и отвердевает», «Расплавленный металл застывает в форме». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что фазовые переходы встречаются в быту и производстве. Теперь выясним, как описать их с помощью физических величин и формулы». «
Этап 2. Актуализация знаний и исследовательское наблюдение (6 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о количестве теплоты, массе и температуре, зафиксировать наблюдаемые признаки плавления.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит фронтальный опрос: «Что называют количеством теплоты? От каких величин зависит энергия, полученная телом при нагревании? Как записывается формула нагревания? В каких единицах измеряются масса, температура и количество теплоты?» На доске фиксирует $Q=cm\Delta t$. | Отвечают: «Количество теплоты — энергия, переданная телу», «$Q$ зависит от массы, удельной теплоёмкости и изменения температуры», называют единицы измерения. | 2 мин | Учитель показывает кусочек льда в теплоизолированном стакане и выводит на экран короткий фрагмент ЭОР с графиком нагревания льда. «Посмотрите на участок графика, где лёд превращается в воду. Что происходит с температурой? Что получает вещество?» | По графику определяют постоянство температуры на участке плавления, формулируют: «Вещество получает энергию, но температура не растёт». | 2 мин | Учитель применяет приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: «Сначала самостоятельно запишите одну гипотезу, затем обсудите её с соседом: на что расходуется энергия при постоянной температуре?» | Записывают гипотезы, обсуждают их в парах и предлагают варианты: «Энергия идёт на разрушение связей между частицами», «Меняется внутреннее состояние вещества». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили нагревание и увидели особый участок графика. Температура там постоянна, но тепло подводится. Это и есть место нашего основного вопроса». «
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную проблему и совместно определить план открытия нового знания.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||
|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель организует проблемный диалог: «Представьте, что нужно расплавить 1 кг льда и 1 кг алюминия. Можно ли воспользоваться только формулой $Q=cm\Delta t$? Почему при плавлении температура не меняется? Одинаковое ли количество теплоты потребуется для одинаковых масс разных веществ?» | Фиксируют затруднение: «Формула нагревания не подходит, потому что температура во время плавления постоянна». Предполагают: «Для разных веществ потребуются разные количества теплоты». | 2 мин | Учитель записывает на доске цель: «Установить, от чего зависит количество теплоты при плавлении, и научиться рассчитывать его». «Предложите план: какие явления сравним, какую величину найдём в таблице, какую формулу проверим?» | Формулируют план: сравнить плавление и отвердевание, прочитать определение в учебнике, исследовать таблицу, вывести формулу и решить задачи разной сложности. |
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 сформулирована: энергия при плавлении расходуется не на повышение температуры. Следующий шаг — самостоятельно открыть, как физика характеризует эту энергию». «
Этап 4. Открытие нового знания: исследование и работа с учебником (9 мин)
Цель этапа: сформировать понятия плавления, отвердевания и удельной теплоты плавления через исследовательскую групповую работу.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель делит класс на группы по 4 человека и раздаёт исследовательские листы. «Откройте учебник на разделе о плавлении и отвердевании. В группе распределите роли: координатор, читатель, аналитик и докладчик. Найдите определения процессов и признак постоянства температуры». | Распределяют роли, находят в тексте определения, выделяют ключевые слова: «твёрдое — жидкое», «поглощение теплоты», «выделение теплоты». | 3 мин | Учитель предлагает каждой группе изучить фрагмент цифровой модели или график. «Определите, на каком участке происходит плавление, что происходит с энергией частиц и в каком направлении идёт передача теплоты. Заполните две строки таблицы: плавление и отвердевание». | Заполняют таблицу, сравнивают процессы и формулируют: «При плавлении вещество получает теплоту, при отвердевании отдаёт; оба процесса происходят при постоянной температуре для данного давления». | 2 мин | Учитель направляет работу с таблицей: «Сравните значения для 1 кг льда и 1 кг алюминия. Какую характеристику вещества показывает эта величина? Прочитайте обозначение, единицу измерения и сформулируйте определение своими словами». | Находят удельную теплоту плавления, записывают обозначение $\lambda$ и единицу $\text{Дж/кг}$, объясняют: «Это количество теплоты для плавления 1 кг вещества при температуре плавления». | 2 мин | Учитель просит докладчиков представить выводы. На доске строит формулу: «Если 1 кг требует $\lambda$, то масса $m$ потребует во столько раз больше. Как запишем зависимость?» | Докладчики представляют результаты, класс проверяет их по тексту и формулирует $Q=\lambda m$. |
Запись в тетрадях
- Плавление — переход вещества из твёрдого состояния в жидкое с поглощением теплоты.
- Отвердевание — переход вещества из жидкого состояния в твёрдое с выделением теплоты.
- Удельная теплота плавления $\lambda$ — количество теплоты, необходимое для плавления 1 кг вещества при температуре плавления.
- Количество теплоты при плавлении: $Q=\lambda m$. Единица $\lambda$ — $\text{Дж/кг}$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы получили физический смысл новой величины и вывели формулу. Теперь проверим её на простом примере, проговаривая каждый шаг». «
Этап 5. Первичное закрепление в парах (6 мин)
Цель этапа: отработать чтение таблицы и применение формулы $Q=\lambda m$ в стандартной ситуации.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт карточки базового уровня: «Вычислите количество теплоты, необходимое для плавления 0,5 кг льда при температуре плавления, если $\lambda=3{,}4\cdot10^5\ \text{Дж/кг}$. Работайте в парах по памятке “Дано — СИ — формула — вычисления — ответ”.» | В парах записывают $m=0{,}5\ \text{кг}$, $\lambda=3{,}4\cdot10^5\ \text{Дж/кг}$, применяют $Q=\lambda m$, получают $Q=1{,}7\cdot10^5\ \text{Дж}$. | 2 мин | Учитель вызывает одну пару к доске и задаёт вопросы: «Почему в этой задаче не нужна температура? Какая величина отвечает за различие веществ? Как проверить единицу ответа?» | Представляют решение, отвечают: «Температура плавления уже достигнута», «Удельная теплота плавления», «Дж/кг умножить на кг — получаем Дж». | 1 мин | Учитель проводит быструю игру «Верю — не верю»: «При плавлении температура всегда повышается. Удельная теплота плавления льда больше, чем у алюминия. При отвердевании тело отдаёт энергию». | Поднимают зелёную или красную карточку и исправляют утверждения: «При плавлении температура постоянна», «У алюминия значение больше», «При отвердевании энергия выделяется». |
Эталон решения
Дано: $m=0{,}5\ \text{кг}$, $\lambda=3{,}4\cdot10^5\ \text{Дж/кг}$. Формула: $Q=\lambda m$. Подстановка: $Q=3{,}4\cdot10^5\cdot0{,}5=1{,}7\cdot10^5\ \text{Дж}$. Ответ: для плавления льда потребуется $1{,}7\cdot10^5\ \text{Дж}$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Алгоритм работает, если внимательно выбрать значение $\lambda$ и не забыть единицы. Теперь каждый проверит себя индивидуально и сможет выбрать уровень сложности». «
Этап 6. Самостоятельная работа с дифференциацией (9 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное умение применять формулу, анализировать условие и объяснять физический смысл результата.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 мин | Учитель сообщает правила выбора: «Обязательный минимум выполняют все. Затем выберите базовое или повышенное задание по готовности. Не скорость важна, а корректная модель, единицы и проверка». | Выбирают карточку и записывают её уровень в лист самооценки. | 4 мин | Учитель раздаёт задания. Минимум: найти $Q$ для плавления 0,2 кг вещества с $\lambda=2\cdot10^5\ \text{Дж/кг}$. Базовый: найти массу алюминия, если на плавление затрачено $1{,}98\cdot10^6\ \text{Дж}$, а $\lambda=3{,}96\cdot10^5\ \text{Дж/кг}$. Повышенный: сравнить энергию для плавления 0,5 кг льда и 0,5 кг свинца по таблице и сделать вывод. | Индивидуально решают выбранные задания, переводят величины в СИ, записывают формулы и ответы. | 2 мин | Учитель выводит на экран эталон: $Q=\lambda m$, $m=Q/\lambda$. «Проверьте не только число, но и единицу. Если ответ кажется неожиданным, сравните его с массой и значением $\lambda$». | Сверяют решения, подчёркивают место ошибки или ставят знак самопроверки, исправляют вычисления. | 2 мин | Учитель предлагает двум ученикам объяснить разные уровни решения, не называя фамилий ошибок. «Покажите, где в условии находится искомая величина и почему формула преобразуется именно так». | Комментируют решения: «Если ищем массу, делим количество теплоты на удельную теплоту плавления»; задают уточняющие вопросы. |
Эталон решения
Для базового задания: $Q=1{,}98\cdot10^6\ \text{Дж}$, $\lambda=3{,}96\cdot10^5\ \text{Дж/кг}$. Из $Q=\lambda m$ получаем $m=Q/\lambda$. Тогда $m=1{,}98\cdot10^6/(3{,}96\cdot10^5)=5\ \text{кг}$. Ответ: $5\ \text{кг}$. Для повышенного задания ученик сравнивает произведения $\lambda m$: при одинаковой массе больше энергии требует вещество с большей $\lambda$.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы применили одну формулу на трёх уровнях: вспомнили алгоритм, нашли неизвестную массу и сравнили вещества. Осталось связать новое знание с реальной задачей и осознать, чему каждый научился». «
Этап 7. Межпредметное и творческое применение (5 мин)
Цель этапа: перенести знание о теплоте плавления в бытовой, технологический и межпредметный контекст.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель предлагает группам выбрать один кейс: «Первая группа объясняет, почему лёд используют для охлаждения продуктов; вторая — почему металлург рассчитывает энергию печи; третья — проектирует способ дольше сохранить лёд в походе». «Используйте формулу, таблицу и не менее двух физических аргументов». | В группах выбирают кейс, составляют мини-схему или короткий расчёт, распределяют выступление. | 2 мин | Учитель организует краткие выступления: «Покажите не красивую картинку, а причинную связь: свойство вещества — количество теплоты — практический результат». | Докладчики представляют выводы: «Лёд поглощает большую энергию при плавлении, поэтому охлаждает продукт»; «Для плавления металла с большой массой нужна большая энергия». | 1 мин | Учитель связывает физику с химией, технологией и географией: «Фазовые переходы зависят от вещества и условий, а расчёты помогают выбирать материалы и оборудование». | Фиксируют один практический вывод в тетради и называют профессию, где он пригодится. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Формула перестаёт быть набором символов, когда помогает объяснить охлаждение, работу печи или конструкцию термоса. Завершим урок проверкой понимания и личной рефлексией». «
Этап 8. Рефлексия, подведение итогов и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: выявить степень достижения цели, закрепить ключевые понятия и сообщить разноуровневое домашнее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 мин | Учитель проводит приём «Светофор»: «Зелёная карточка — я объясню плавление и применю формулу; жёлтая — понимаю идею, но ошибаюсь в расчётах; красная — нужна помощь. Поднимите карточку и назовите один вопрос». | Поднимают карточки, формулируют самооценку: «Нужно потренироваться находить массу», «Могу объяснить смысл $\lambda$». | 1 мин | Учитель просит выполнить «Билет на выход»: «Запишите одним предложением, что означает $\lambda$, и одной формулой покажите связь количества теплоты с массой». | Индивидуально записывают определение и формулу $Q=\lambda m$, сдают листок при выходе. | 1 мин | Учитель объявляет домашнее задание и напоминает критерии: «Выберите уровень, но обязательный минимум должен быть выполнен. Проверьте единицы и объясните физический смысл ответа». | Записывают выбранный уровень и контрольные вопросы, задают уточнения. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно решены все задания выбранного уровня, корректно записаны данные и единицы СИ, применена формула $Q=\lambda m$ или её преобразование, дан физически осмысленный ответ и выполнена проверка результата.
- «4» — решены все обязательные задания, но допущена одна вычислительная или оформительская ошибка, не повлиявшая на выбор физической модели; после подсказки ошибка исправлена.
- «3» — правильно определены плавление и отвердевание и записана формула, но допущены две ошибки в преобразовании формулы, единицах или вычислениях; смысл процесса объяснён частично.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что происходит с температурой вещества во время плавления и куда расходуется подводимая энергия? | Проверка понимания физического механизма фазового перехода и выявление формального заучивания. |
Что означает удельная теплота плавления и в каких единицах она измеряется? | Осознание смысла новой физической величины и контроль работы с единицами. |
На каком шаге решения задачи возникло затруднение: выбор формулы, преобразование, вычисление или проверка? | Выявление точек затруднения в алгоритме решения. |
Где знание о плавлении может пригодиться в жизни или будущей профессии? | Связь предметного результата с мотивацией и функциональной грамотностью. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы установили, что плавление сопровождается поглощением теплоты, а отвердевание — её выделением. Мы выяснили, что при постоянном давлении температура во время фазового перехода не повышается, а количество теплоты рассчитывается по формуле $Q=\lambda m$. Самая частая ошибка — перепутать удельную теплоту плавления с удельной теплоёмкостью и использовать формулу нагревания. Дома потренируйтесь видеть физическую модель в условии. На следующем уроке мы рассмотрим расчёты для нагревания и плавления в одном процессе». «
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Решить 3 задачи на вычисление количества теплоты при плавлении по формуле $Q=\lambda m$ для льда, алюминия и ещё одного вещества из таблицы. В каждой задаче оформить «Дано», СИ, формулу и ответ. | Закрепляет прямое применение формулы; при проверке смотреть на выбор значения $\lambda$, единицы и порядок величины. |
Средний (повышающий) | Решить 3 задачи: найти массу по известным $Q$ и $\lambda$, найти $\lambda$ по известным $Q$ и $m$, а также сравнить энергозатраты на плавление одинаковых масс двух веществ. | Формирует умение преобразовывать формулу и анализировать зависимость результата от физических величин. |
Продвинутый (дополнительный) | Создать мини-проект на выбор: плакат «Как сохранить лёд дольше?» с физическим объяснением или расчёт для инженера — сколько энергии нужно для плавления заданной массы металла; использовать таблицу и привести не менее двух аргументов. | Развивает творческое мышление, функциональную грамотность и применение физики в реальном контексте. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Как называется переход из твёрдого состояния в жидкое? Что происходит с энергией при отвердевании? Что означает $\lambda$? Как найти массу из формулы $Q=\lambda m$? Почему при плавлении температура не изменяется?»
