Температура и внутренняя энергия: измерение, движение частиц и способы изменения
Цели и задачи
- Цель: к концу урока объяснить физический смысл температуры и внутренней энергии, связать температуру со скоростью движения частиц, а также различать изменение внутренней энергии через теплопередачу и совершение работы.
- Сформировать представление о температуре как о физической величине, характеризующей степень нагретости тела и среднюю скорость хаотического движения его частиц.
- Научить пользоваться термометром, определять цену деления шкалы и записывать результат измерения с указанием единицы температуры.
- Научить распознавать два способа изменения внутренней энергии в бытовых и физических ситуациях: теплопередачу и совершение работы.
- Развивать умение выдвигать гипотезы, обосновывать выводы по результатам наблюдения и работать с текстом учебника.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют познавательный интерес к объяснению тепловых явлений на основе представлений о движении частиц.
- Осознают практическую ценность измерения температуры в быту, медицине, технике и будущей профессиональной деятельности.
- Формируют ответственное отношение к безопасному обращению с горячими телами и измерительными приборами.
- Принимают возможность разных гипотез и учатся корректно аргументировать собственную позицию.
Метапредметные
- Извлекают из текста учебника определения, признаки и примеры, преобразуют информацию в схему.
- Сравнивают температуру и внутреннюю энергию, устанавливают причинно-следственные связи между движением частиц и нагреванием тела.
- Планируют последовательность измерения температуры, контролируют правильность определения цены деления.
- Работают в парах, формулируют выводы и представляют их классу с использованием физической терминологии.
Предметные
- Знать понятия «температура», «термометр», «внутренняя энергия», «теплопередача», «совершение работы».
- Уметь объяснять, что при повышении температуры увеличивается средняя скорость хаотического движения частиц.
- Уметь определять цену деления шкалы термометра и считывать показания прибора.
- Уметь приводить примеры изменения внутренней энергии при теплопередаче и совершении работы.
- Уметь описывать наблюдаемое тепловое явление с опорой на молекулярно-кинетические представления.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную значимость умения измерять температуру и объяснять нагревание тел.
- Осознают необходимость соблюдения правил безопасности при работе с горячей водой и стеклянным термометром.
- Проявляют самостоятельность при выборе бытового примера для объяснения изученного явления.
- Оценивают собственный вклад в парную и общеклассную работу.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель урока на основе проблемного вопроса.
- Планируют действия при работе с текстом учебника и шкалой термометра.
- Проверяют результат измерения по цене деления и контрольным вопросам.
- Выявляют ошибку в объяснении теплового явления и предлагают способ её исправления.
Познавательные УУД
- Выделяют главное в тексте учебника о температуре и внутренней энергии.
- Строят причинную цепочку: нагревание — увеличение скорости движения частиц — изменение внутренней энергии.
- Классифицируют примеры по способу изменения внутренней энергии.
- Моделируют тепловое состояние тела с помощью схемы движения частиц.
Коммуникативные УУД
- Формулируют вопросы к тексту и отвечают на вопросы одноклассников.
- Согласовывают общий вывод в паре и распределяют роли при выполнении задания.
- Аргументируют классификацию примеров, используя слова «потому что», «следовательно».
- Корректно обсуждают ошибочные гипотезы и дополняют ответы друг друга.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить учебник, рабочие тетради, тетради для записей и ручки для всех учащихся.
- Распечатать карточки с тремя бытовыми ситуациями — по одной на пару: нагревание ложки в чае, растирание ладоней, остывание супа.
- Подготовить два термометра с различными шкалами или демонстрационную модель шкалы термометра.
- Подготовить два стакана с тёплой и прохладной водой, термостойкую подставку и салфетки; заранее проверить безопасность демонстрации.
- Вывести на доску схему: «Температура → средняя скорость движения частиц» и заготовку таблицы «Теплопередача / Совершение работы».
- Распечатать лист самооценки по одному на каждого ученика и карточки для самостоятельной работы по одному на каждого.
- Подготовить проектор или интерактивную доску для изображения термометра и схемы движения частиц.
- На доске записать тему урока и проблемный вопрос: «Почему горячее тело не только имеет большую температуру, но и может обладать большей внутренней энергией?»
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и вызвать интерес к объяснению различий между горячим и холодным телом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс: "Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, наличие тетради, ручки и учебника. Сегодня нам понадобятся внимательность и готовность проверять привычные объяснения. Посмотрите на доску: там записан вопрос, который мы попробуем решить экспериментально и с помощью текста учебника." | Готовят рабочее место, записывают дату, читают тему и проблемный вопрос на доске. |
2 мин | Учитель показывает стаканы с тёплой и прохладной водой и спрашивает: "Как определить, какая вода горячее, не полагаясь только на ощущения? Почему ладонь иногда ошибается? Какой прибор используют для объективного измерения? Предположите, что происходит с частицами воды при нагревании." | Формулируют предположения: "Нужен термометр"; "частицы начинают двигаться быстрее"; "ощущения зависят от состояния руки". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что ощущение тепла не заменяет измерение. Теперь выясним, что именно измеряет термометр и как температура связана с движением частиц."
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (5 мин)
Цель этапа: актуализировать представления о строении вещества и зафиксировать вопрос, на который пока нельзя ответить полностью.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель организует приём "Подумай — обсуди в паре — поделись": "Вспомните, из каких частиц состоят вещества и движутся ли они в твёрдых телах, жидкостях и газах. Сначала подумайте молча, затем обсудите ответ с соседом. Через минуту мы сравним формулировки." | Индивидуально вспоминают модель вещества, затем в парах формулируют: "Частицы есть во всех веществах и постоянно движутся". |
3 мин | Учитель показывает на доске две схемы: частицы движутся медленно и частицы движутся быстрее. Спрашивает: "Какая схема соответствует более нагретому телу? Можно ли по одной только температуре определить общее количество энергии тела? Что будет происходить с движением частиц при охлаждении?" Учитель фиксирует ответы и знак вопроса возле последнего вопроса. | Выбирают схему с более быстрым движением частиц, объясняют: "При нагревании средняя скорость движения увеличивается"; затрудняются объяснить связь температуры с внутренней энергией. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы вспомнили, что вещество состоит из движущихся частиц, но пока не раскрыли, что называют внутренней энергией и почему её можно изменить. Сформулируем план открытия нового знания."
Этап 3. Постановка цели и планирование (3 мин)
Цель этапа: совместно определить цель урока и последовательность действий.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель задаёт вопрос: "Какие знания помогут ответить на проблемный вопрос? Посмотрите на тему урока и назовите ключевые понятия, с которыми мы сегодня встретимся." | Называют: "Температура, термометр, внутренняя энергия, теплопередача, работа". |
2 мин | Учитель предлагает составить план: "Предлагаю проверить четыре шага: определить смысл температуры; научиться читать показания термометра; связать температуру со скоростью частиц; выяснить способы изменения внутренней энергии. Согласны ли вы? Что добавим?" Учитель записывает принятый план на доске. | Формулируют цель: "Научиться измерять температуру и объяснять изменение внутренней энергии"; дополняют план необходимостью привести примеры. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "План готов. Сначала обратимся к объяснению в учебнике, затем проверим понимание на схемах и практических примерах."
Этап 4. Открытие нового знания по тексту учебника (12 мин)
Цель этапа: сформировать понятия температуры, внутренней энергии и способов её изменения на основе чтения и обсуждения материала учебника.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель говорит: "Откройте учебник на разделе, посвящённом температуре и внутренней энергии. Прочитайте фрагмент о температуре с пометками: галочкой отметьте известное, знаком плюс — новое, вопросительным знаком — непонятное. Найдите определение температуры и информацию о движении частиц." | Читают фрагмент учебника, делают пометки, выписывают ключевые слова. Формулируют: "Температура характеризует степень нагретости тела и связана со средней скоростью движения частиц". |
3 мин | Учитель демонстрирует шкалу термометра и объясняет: "Рассмотрите шкалу. Чтобы определить цену деления, найдите разность между соседними подписанными значениями и разделите её на число промежутков. Затем определите положение столбика жидкости. Запишите результат с единицей измерения — градусом Цельсия." | Находят цену деления по изображению, считывают показание и записывают, например: "t = 24 °C". Объясняют последовательность измерения. |
3 мин | Учитель продолжает: "Внутренняя энергия тела — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Посмотрите на две схемы. При увеличении температуры частицы в среднем движутся быстрее, поэтому изменяется энергия их движения. Однако внутренняя энергия зависит не только от температуры, но и от массы и состояния вещества." | Записывают определение, сравнивают схемы, формулируют вывод: "У более нагретого тела средняя скорость движения частиц больше". |
2 мин | Учитель показывает на доске таблицу: "Разберём два способа изменения внутренней энергии. Если энергия передаётся от более нагретого тела к менее нагретому без совершения механической работы, это теплопередача. Если изменение происходит при сжатии, трении или другой работе, это совершение работы. Приведите по одному примеру." | Заполняют таблицу примерами: "чай остывает — теплопередача"; "ладони нагреваются при трении — совершение работы"; "газ нагревается при сжатии — совершение работы". |
Запись в тетрадях
- Температура характеризует степень нагретости тела и связана со средней скоростью хаотического движения его частиц.
- Внутренняя энергия — энергия движения и взаимодействия частиц тела.
- Изменить внутреннюю энергию можно теплопередачей или совершением работы.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы получили основные определения и алгоритм чтения термометра. Теперь проверим, умеем ли мы применять их к конкретным ситуациям, а не только воспроизводить формулировки."
Этап 5. Первичное закрепление: классификация ситуаций (7 мин)
Цель этапа: закрепить различение теплопередачи и совершения работы через анализ реальных ситуаций.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт каждой паре карточку и объясняет приём "Снежный ком": "Сначала каждый самостоятельно определите способ изменения внутренней энергии в вашей ситуации. Затем сравните ответы в паре и выберите обоснование, которое представите классу. Используйте конструкцию: "Внутренняя энергия изменилась способом..., потому что..."" | Индивидуально классифицируют ситуацию, затем обсуждают в парах и записывают общий вывод. |
3 мин | Учитель предлагает ситуации: "Металлическая ложка лежит в горячем чае"; "При ударе молотком металлическая деталь нагрелась"; "Воздух в насосе нагревается при быстром сжатии". Просит каждую пару привести классификацию и объяснение. | Пары сообщают: "Ложка нагревается теплопередачей"; "деталь нагревается при совершении работы"; "воздух нагревается при сжатии, то есть при совершении работы". |
2 мин | Учитель задаёт толстый вопрос: "Может ли тело изменить внутреннюю энергию без изменения температуры? Приведите предположение, опираясь на известные вам явления." | Предполагают: "Да, например, при плавлении температура может оставаться постоянной, а энергия расходуется на изменение взаимодействия частиц". |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы научились определять способ изменения внутренней энергии по механизму явления. Теперь каждый самостоятельно проверит, умеет ли он измерять температуру и объяснять движение частиц."
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (8 мин)
Цель этапа: индивидуально проверить усвоение определений, чтения шкалы и классификации способов изменения внутренней энергии.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт карточки и говорит: "Выполните три задания. Первое: сформулируйте связь температуры со скоростью движения частиц. Второе: по изображённой шкале определите цену деления и показание термометра. Третье: определите способ изменения внутренней энергии в примерах: нагревание рук у батареи и нагревание проволоки при сгибании. Работайте самостоятельно, ответы записывайте полностью." | Записывают: "При повышении температуры средняя скорость движения частиц увеличивается"; определяют цену деления и показание шкалы; классифицируют примеры как теплопередачу и совершение работы. |
3 мин | Учитель выводит эталон: "Проверьте не только ответ, но и ход рассуждения. За связь температуры со скоростью частиц — один балл, за правильное чтение шкалы — два, за два обоснованных примера — два. Отметьте в листе самооценки, где возникло затруднение." | Сверяют ответы с эталоном, исправляют ошибки другой ручкой, отмечают уровень понимания: зелёный — могу объяснить, жёлтый — нужна тренировка, красный — нужна помощь. |
Эталон решения
Для шкалы термометра: 1) найти разность между соседними подписанными значениями; 2) определить число промежутков между ними; 3) вычислить цену деления: c = (t₂ - t₁) / n; 4) отсчитать деления до уровня столбика; 5) записать результат с единицей °C. Нагревание рук у батареи происходит теплопередачей, так как энергия переходит от более тёплой батареи к рукам. Нагревание проволоки при сгибании происходит при совершении работы, поскольку механическая работа изменяет энергию движения и взаимодействия частиц.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Самопроверка показала, что важно не угадывать способ изменения энергии, а называть механизм передачи энергии. Завершим урок возвращением к исходному проблемному вопросу."
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (7 мин)
Цель этапа: обобщить новое знание, оценить степень его освоения и объяснить исходную проблему.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель возвращается к вопросу на доске: "Почему горячее тело обычно имеет большую внутреннюю энергию? Ответьте по схеме: температура — движение частиц — внутренняя энергия. Затем назовите два способа изменения внутренней энергии." | Формулируют ответ: "При повышении температуры увеличивается средняя скорость движения частиц, поэтому изменяется энергия их движения. Внутреннюю энергию можно изменить теплопередачей или совершением работы". |
2 мин | Учитель проводит рефлексию "Билет на выход": "Запишите одно новое понятие, один пример теплопередачи, один пример совершения работы и вопрос, который ещё требует пояснения." | Заполняют билет на выход, приводят собственные примеры, формулируют оставшийся вопрос. |
2 мин | Учитель сообщает домашнее задание: "Выберите один из трёх уровней. При выполнении опирайтесь на определения и схему из тетради, а также перечитайте соответствующий фрагмент учебника. Не переписывайте текст целиком — выделяйте физическую причину явления." | Записывают выбранный уровень домашнего задания и контрольные вопросы. |
Завершающее слово учителя: "Сегодня мы установили, что температура связана со средней скоростью движения частиц, а внутренняя энергия включает энергию их движения и взаимодействия. Мы научились читать показания термометра и различать теплопередачу и совершение работы. Частая ошибка — считать, что любое нагревание происходит только из-за передачи тепла, поэтому всегда выясняйте механизм явления. На следующем уроке мы подробнее рассмотрим виды теплопередачи и условия их протекания."
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно сформулирована связь температуры со скоростью движения частиц, верно определены цена деления и показание термометра, оба примера классифицированы с физическим обоснованием.
- «4» — выполнены правильно не менее четырёх из пяти элементов работы, допущена одна неточность в чтении шкалы или объяснении примера.
- «3» — правильно выполнены не менее трёх элементов, но есть затруднения в формулировке связи температуры с движением частиц или в различении способов изменения внутренней энергии.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о связи температуры и движения частиц? | Выявление осознания основного физического вывода урока. |
Как определить цену деления шкалы термометра? | Проверка понимания алгоритма измерения. |
Чем отличаются теплопередача и совершение работы? | Выявление качества усвоения способов изменения внутренней энергии. |
Какое задание оказалось самым сложным и почему? | Определение индивидуальных точек затруднения для коррекции обучения. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы научились рассматривать температуру не только как показание прибора, но и как характеристику движения частиц. Мы выяснили, что внутренняя энергия изменяется при теплопередаче и совершении работы. При объяснении явления важно указывать не только результат — нагревание или охлаждение, — но и причину. На следующем уроке применим эти знания к видам теплопередачи и повседневным техническим устройствам."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить определения температуры, внутренней энергии, теплопередачи и совершения работы; составить по два бытовых примера для каждого способа изменения внутренней энергии. | Закрепляет основные понятия и умение распознавать физический механизм явления; при проверке обратить внимание на обоснование примеров. |
Средний (повышающий) | Выполнить 4–5 заданий на определение цены деления и показаний различных шкал термометров, а также классифицировать 4 ситуации по способу изменения внутренней энергии. | Формирует практический навык работы со шкалой и применение знаний в новых ситуациях; проверить единицы измерения и полноту объяснения. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить мини-исследование «Почему термометр показывает температуру тела?» или «Почему при сжатии воздух нагревается»: описать наблюдение, объяснить его через движение частиц и указать способ изменения внутренней энергии. | Развивает исследовательское и функциональное мышление; при проверке оценить наличие наблюдения, причинной цепочки и корректных физических терминов. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Что характеризует температура? Как изменяется средняя скорость частиц при нагревании? Из чего состоит внутренняя энергия? Назовите два способа её изменения и приведите по одному примеру каждого».
