Температура. Внутренняя энергия
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока сформировать представление о температуре как физической величине и внутренней энергии как энергии движения и взаимодействия частиц; научиться объяснять изменение внутренней энергии при нагревании и охлаждении на основе модели вещества и решать не менее двух качественных задач.
- Сформировать знания о температуре, термометре, тепловом равновесии и внутренней энергии тела.
- Научить объяснять зависимость внутренней энергии от температуры, массы вещества и характера взаимодействия частиц.
- Развивать умение выдвигать гипотезы, анализировать результаты наблюдений, строить причинно-следственные объяснения и аргументировать выводы.
- Воспитывать ответственность при работе с горячей водой и уважительное отношение к мнению одноклассников.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение физических знаний о температуре для объяснения явлений в быту, технике и будущей профессиональной деятельности.
- Проявляют познавательный интерес к исследованию тепловых явлений и готовность проверять предположения опытом.
- Соблюдают правила безопасного поведения при работе с горячей водой и измерительными приборами.
- Уважительно относятся к различным объяснениям одноклассников и корректно участвуют в обсуждении.
Метапредметные
- Формулируют проблему урока и планируют последовательность действий для её решения.
- Извлекают информацию из наблюдения, схемы, показаний термометра и формулировки задачи.
- Устанавливают причинно-следственные связи между температурой, движением частиц и внутренней энергией.
- Работают в паре, распределяют роли, аргументируют вывод и осуществляют взаимопроверку.
Предметные
- Знать физический смысл температуры и внутренней энергии.
- Уметь объяснять тепловое равновесие и назначение термометра.
- Уметь связывать изменение температуры с изменением средней кинетической энергии частиц.
- Уметь объяснять изменение внутренней энергии при нагревании, охлаждении, совершении работы и передаче тепла.
- Владеть терминологией: температура, термометр, тепловое равновесие, внутренняя энергия, движение и взаимодействие частиц.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную значимость изучения тепловых явлений для безопасной и грамотной повседневной деятельности.
- Проявляют смыслообразование через объяснение наблюдаемого явления научными понятиями.
- Оценивают собственную готовность применять знания о температуре в бытовых ситуациях.
- Принимают необходимость точных измерений и доказательных объяснений.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную цель после выявления затруднения в объяснении наблюдаемого явления.
- Планируют работу с опытом, карточкой и качественной задачей.
- Сопоставляют собственный ответ с эталоном и находят причину ошибки.
- Корректируют объяснение после обсуждения результатов наблюдения.
Познавательные УУД
- Строят модель вещества из движущихся и взаимодействующих частиц.
- Сравнивают тепловое состояние тел по показаниям термометра.
- Выделяют существенные признаки температуры и внутренней энергии.
- Преобразуют результаты наблюдения в словесную схему и причинно-следственную цепочку.
Коммуникативные УУД
- Формулируют вопрос и гипотезу в паре.
- Распределяют роли наблюдателя, записывающего и докладчика.
- Представляют вывод с использованием физических терминов.
- Задают уточняющие вопросы и аргументированно принимают или отвергают предложенное объяснение.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить демонстрационный термометр, два стакана, тёплую и прохладную воду безопасной температуры, салфетки и поддон.
- Распечатать карточки с качественными задачами трёх уровней — по одной на каждого ученика, всего 25 экземпляров.
- Распечатать лист наблюдений для работы в парах — по одному на парту, всего 13 экземпляров.
- Подготовить стикеры трёх цветов для приёма «Светофор» — по одному комплекту на ученика.
- Вывести на доску схему: «Температура → средняя скорость движения частиц → внутренняя энергия».
- Подготовить слайд с изображением частиц твёрдого тела, жидкости и газа и слайд с показаниями двух термометров.
- Подготовить проектор или интерактивную доску, маркеры, таймер и магнитные карточки с терминами.
- Разместить на столах памятку по безопасной работе с тёплой водой: не пробовать воду, не подносить стакан к лицу, сообщать о разливе.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую деятельность и вызвать интерес к проблеме измерения температуры.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает два одинаковых стакана с водой: один с тёплой, другой с прохладной водой. «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы начнём с обычной ситуации, но попробуем объяснить её языком физики. Посмотрите на два стакана и предположите, чем отличается состояние воды. Не торопитесь называть только слово “теплее”: нам нужно понять, что именно происходит с частицами вещества». | Рассматривают стаканы, формулируют предположения: «Вода имеет разную температуру», «Частицы движутся с разной скоростью». |
2 мин | Учитель использует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись». «Сначала 30 секунд подумайте самостоятельно, затем обсудите с соседом, по какому признаку можно сравнить тепловое состояние тел. После этого несколько пар назовут свои варианты, а я запишу ключевые слова на доске». | Индивидуально формулируют признак сравнения, затем обсуждают его в паре и предлагают классу варианты: «по температуре», «по показанию термометра», «по скорости движения частиц». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что слово “горячее” описывает состояние тела, но пока не объясняет его физическую причину. Теперь проверим, как температура связана с движением частиц».
Этап 2. Актуализация знаний (6 мин)
Цель этапа: актуализировать модель строения вещества и знания о движении частиц.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает схему частиц твёрдого тела, жидкости и газа. «Вспомним нашу модель вещества. Из чего состоят тела? Как ведут себя частицы в твёрдом теле? Что меняется при переходе к жидкости и газу? Обсудите ответ в парах и назовите не менее двух признаков». | Отвечают: «Тела состоят из частиц», «частицы непрерывно движутся», «между частицами есть промежутки», «частицы взаимодействуют». Сравнивают движение частиц в разных состояниях. |
3 мин | Учитель проводит короткий опрос «Верно — неверно» и просит обосновать ответы: «Частицы вещества полностью неподвижны. При нагревании частицы в среднем движутся быстрее. Между частицами действуют силы взаимодействия». Учитель фиксирует правильные ответы на доске. | Поднимают карточки «верно» или «неверно», объясняют: «Частицы всегда движутся», «при нагревании средняя скорость движения увеличивается», «частицы притягиваются и отталкиваются». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили, что тепловые явления можно объяснять движением и взаимодействием частиц. Но нам нужно точнее определить, что измеряет температура и какую энергию имеет тело».
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: обнаружить затруднение и совместно сформулировать цель урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель демонстрирует изображение двух тел: небольшой металлический предмет и большой сосуд с водой, имеющие одинаковую температуру. «Можно ли сказать, что у них одинаковая внутренняя энергия только потому, что температура одинакова? Что ещё может иметь значение? Запишите индивидуально свою гипотезу, затем сравните её с гипотезой соседа». | Записывают гипотезы: «Внутренняя энергия зависит от массы», «важно, из какого вещества состоит тело», «одинаковая температура не означает одинаковую энергию». |
2 мин | Учитель организует обсуждение. «Какой вопрос нам необходимо решить? Сформулируйте цель так, чтобы в ней были слова “температура”, “внутренняя энергия” и “частицы”. На доске зафиксируем общий план: определить смысл температуры, выяснить состав внутренней энергии, объяснить изменение энергии». | Формулируют цель: «Узнать, что такое температура и внутренняя энергия, и объяснить, как они связаны с движением и взаимодействием частиц». Записывают план урока. |
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 определена: нам предстоит перейти от бытового описания “горячее — холоднее” к физической модели. Начнём с величины, которую можно измерить прибором».
Этап 4. Открытие нового знания (10 мин)
Цель этапа: раскрыть физический смысл температуры и внутренней энергии через наблюдение и объяснение на основе модели частиц.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель демонстрирует два термометра на экране и настоящий термометр. «Температура — физическая величина, характеризующая степень нагретости тела и связанная со средней кинетической энергией хаотического движения его частиц. Термометр при измерении приходит с телом в тепловое равновесие. Посмотрите на показания и объясните, какое тело теплее и почему нельзя определять температуру только прикосновением». | Сравнивают показания термометров, называют большее значение температуры, объясняют: «Показание прибора объективнее ощущения», «ощущения зависят от состояния руки». Записывают определение температуры. |
3 мин | Учитель записывает на доске термин и обращается к классу: «Внутренняя энергия тела — это энергия движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело. В неё не включаем энергию движения тела как целого и энергию его положения в поле тяжести. Что произойдёт с внутренней энергией воды, если её нагреть?» | Формулируют ответ: «Средняя скорость движения частиц увеличится, значит, возрастёт их кинетическая энергия и внутренняя энергия». Записывают определение. |
3 мин | Учитель показывает схему «нагревание — движение частиц быстрее — внутренняя энергия увеличивается» и «охлаждение — движение частиц медленнее — внутренняя энергия уменьшается». «А может ли внутренняя энергия измениться без изменения температуры? Подумайте о деформации, трении или ударе». | Приводят примеры: «При трении нагреваются ладони», «при ударе металлический предмет может нагреться», «работа силы может изменить внутреннюю энергию». Делают вывод о двух способах изменения внутренней энергии: совершением работы и теплопередачей. |
Запись в тетрадях
Температура характеризует степень нагретости тела и связана со средней кинетической энергией хаотического движения его частиц. Внутренняя энергия — энергия движения и взаимодействия частиц тела. Внутренняя энергия изменяется при теплопередаче и совершении работы.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь у нас есть рабочая модель: температура показывает, насколько интенсивно в среднем движутся частицы, а внутренняя энергия включает энергию их движения и взаимодействия. Проверим эту модель на конкретных ситуациях».
Этап 5. Первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: закрепить новые понятия в устных объяснениях и качественных задачах.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель раздаёт парам карточку с тремя утверждениями. «Приём “Найди ошибку”. Обсудите каждое утверждение и исправьте ошибку: 1) температура тела равна его внутренней энергии; 2) при нагревании все частицы начинают двигаться в одном направлении; 3) внутренняя энергия зависит только от температуры». Учитель просит привести доказательство исправления. | В парах исправляют утверждения: «Температура и внутренняя энергия — разные величины», «движение частиц остаётся хаотическим», «энергия зависит также от массы, вещества и взаимодействия частиц». |
4 мин | Учитель предлагает задачу: «Два одинаковых стакана содержат воду одинаковой температуры. В одном стакане воды в два раза больше. В каком стакане внутренняя энергия воды больше? Объясните ответ, не используя вычисления». Затем задаёт вопрос: «Почему нагретая сковорода может обжечь руку, даже если она неподвижна?» | Формулируют ответы: «В стакане с большей массой внутренняя энергия больше, потому что частиц больше», «сковорода имеет внутреннюю энергию; при контакте энергия передаётся руке». |
Эталон решения
1. Температуры одинаковы, значит, средняя кинетическая энергия движения частиц каждого вещества сопоставима. 2. Во втором стакане масса воды больше, поэтому частиц больше. 3. Суммарная энергия движения и взаимодействия большего числа частиц больше. Следовательно, внутренняя энергия воды во втором стакане больше.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы применили определения к ситуациям с одинаковой температурой и увидели, что температура не равна внутренней энергии. Теперь каждый проверит, способен ли самостоятельно построить такое объяснение».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (9 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание связи температуры, движения частиц и внутренней энергии.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
6 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней и напоминает критерии: «Выберите уровень, который соответствует вашей уверенности. Минимальный уровень выполняют все, затем можно перейти к следующему. Записывайте не только ответ, но и объяснение через движение или взаимодействие частиц». Задания: «А: объясните, почему чай остывает; Б: сравните внутреннюю энергию двух равных по массе тел одинаковой температуры, если вещества различны; В: объясните, почему при сгибании металлической проволоки несколько раз место сгиба нагревается». | Индивидуально выполняют задания выбранного уровня. В ответах используют цепочки: «тепло передаётся окружающей среде — движение частиц в чае в среднем замедляется — внутренняя энергия уменьшается»; «различаются силы взаимодействия частиц»; «совершается работа, изменяется внутренняя энергия». |
3 мин | Учитель выводит эталон на доску и организует самопроверку. «Поставьте рядом с каждым ответом знак “+”, если есть физическая причина, и знак “?”, если названо только бытовое наблюдение. Исправьте один неполный ответ». | Сверяют ответы с эталоном, подчёркивают причинно-следственные связи, дополняют объяснения и оценивают себя по трём критериям: понятие, причина, вывод. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Самопроверка показала, что правильный физический ответ состоит не только из результата, но и из объяснения через модель частиц. Осталось обобщить знания и определить, что каждый уносит с урока».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: обобщить изученное, выявить затруднения и обеспечить осмысленное продолжение работы дома.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель предлагает приём «Светофор» и «Билет на выход». «Поднимите зелёную карточку, если можете объяснить связь температуры и средней скорости движения частиц; жёлтую — если нужна тренировка; красную — если необходимо повторить определения. На листке завершите фразу: “Теперь я могу объяснить, почему…”». | Выбирают цвет самооценки и письменно завершают фразу. Несколько учеников зачитывают ответы: «Почему чай остывает», «почему при трении нагреваются руки», «почему большая масса при той же температуре означает большую внутреннюю энергию». |
3 мин | Учитель задаёт контрольные вопросы и сообщает домашнее задание: «Чем температура отличается от внутренней энергии? Из чего складывается внутренняя энергия? Какими двумя способами её можно изменить? Запишите задание, выбрав уровень». | Отвечают на вопросы, записывают выбранный уровень домашнего задания и формулируют личное затруднение, если оно осталось. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы научились видеть за температурой движение частиц, а за внутренней энергией — движение и взаимодействие всех частиц тела. На следующем уроке мы рассмотрим теплопередачу и научимся различать её виды».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены все задания выбранного уровня, в каждом объяснении использованы понятия температуры, движения или взаимодействия частиц, выводы сформулированы самостоятельно и последовательно.
- «4» — выполнены не менее 80% заданий, основная физическая причина указана верно, но допущена одна неточность в терминологии или неполно раскрыт один вывод.
- «3» — правильно выполнено не менее половины заданий минимального уровня, определения в основном воспроизведены, но причинно-следственное объяснение требует помощи учителя.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что такое температура и с какой характеристикой движения частиц она связана? | Проверка осознания физического смысла основной величины. |
Чем внутренняя энергия отличается от температуры? | Выявление различения двух ключевых понятий урока. |
Какое объяснение через модель частиц оказалось самым трудным? | Выявление точек затруднения для коррекции на следующем уроке. |
Где в быту можно наблюдать изменение внутренней энергии при совершении работы? | Проверка переноса знания в жизненный контекст и развития функциональной грамотности. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы выяснили, что температура связана со средней кинетической энергией хаотического движения частиц, а внутренняя энергия включает энергию их движения и взаимодействия. Важно не путать температуру с количеством внутренней энергии: тела могут иметь одинаковую температуру, но разную массу и разную внутреннюю энергию. Типичная ошибка — объяснять нагревание тем, что частицы движутся в одном направлении; на самом деле их движение остаётся хаотическим. На следующем уроке мы разберём, как внутренняя энергия передаётся от одного тела к другому».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Ответить письменно на 4 вопроса по теме: дать определения температуры и внутренней энергии, назвать два способа изменения внутренней энергии, объяснить остывание горячего напитка. | Закрепляет основные понятия и умение строить простое причинно-следственное объяснение; при проверке обратить внимание на использование терминов «частицы» и «движение». |
Средний (повышающий) | Решить 3 качественные задачи: сравнить внутреннюю энергию тел одинаковой температуры и разной массы; объяснить нагревание при трении; объяснить, почему металлическая ложка в горячем чае нагревается. | Развивает применение модели частиц в новых ситуациях; при проверке учитывать полноту цепочки «явление — движение или взаимодействие частиц — изменение энергии». |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить мини-исследование одного бытового примера изменения внутренней энергии: описать ситуацию, указать способ изменения энергии, привести схему из 3–4 причинно-следственных шагов и предложить способ безопасного наблюдения. | Формирует исследовательское и функциональное мышление; при проверке смотреть на самостоятельность примера, корректность физической модели и соблюдение безопасности. |
Контрольные вопросы перед выходом: «Какая физическая величина характеризует степень нагретости тела? Что движется быстрее в среднем при повышении температуры? Из чего состоит внутренняя энергия? Какими способами она может изменяться?»
