Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии тела
Цели и задачи
- Цель: к концу урока учащиеся объяснят, что называют внутренней энергией, и на примерах определят, каким из двух способов — совершением работы или теплопередачей — её можно изменить.
- Образовательная задача: сформулировать понятие внутренней энергии и установить связь между её изменением, температурой и движением или взаимодействием частиц.
- Образовательная задача: различать теплопередачу и совершение работы как способы изменения внутренней энергии тела.
- Развивающая задача: анализировать наблюдения опыта и цифровой демонстрации, формулировать выводы и обосновывать их физическими понятиями.
- Воспитательная задача: развивать ответственное отношение к безопасному проведению опытов и уважение к аргументированным мнениям одноклассников.
Планируемые результаты
Личностные
- Проявляют интерес к объяснению бытовых явлений, связанных с нагреванием и охлаждением тел.
- Осознают практическую значимость физических знаний для безопасного обращения с нагретыми предметами.
- Проявляют готовность выслушивать мнение партнёра и уважительно обсуждать разные объяснения.
- Оценивают собственную готовность применять изученные способы изменения внутренней энергии.
Метапредметные
- Извлекают сведения из наблюдения, схемы на экране и краткого объяснительного текста.
- Сравнивают ситуации нагревания и охлаждения, выделяя общий физический признак.
- Формулируют вывод по результатам опыта и подтверждают его конкретными наблюдениями.
- Планируют действия при выполнении парного задания и сверяют результат с критериями.
- Используют цифровую демонстрацию как источник данных, не подменяя наблюдение догадкой.
Предметные
- Знают, что внутренняя энергия связана с кинетической энергией хаотического движения частиц и энергией их взаимодействия.
- Объясняют, почему изменение температуры тела обычно сопровождается изменением его внутренней энергии.
- Называют два способа изменения внутренней энергии: теплопередачу и совершение работы.
- Различают изменение внутренней энергии вследствие теплопередачи и вследствие совершения работы в предложенных ситуациях.
- Приводят примеры нагревания и охлаждения тел из быта и объясняют их на языке физики.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Соотносят содержание урока с собственным опытом наблюдения за нагреванием и охлаждением предметов.
- Определяют, зачем им важно уметь объяснять изменения состояния тел.
- Проявляют инициативу при выборе примера для парного обсуждения.
- Оценивают личный вклад в выполнение совместного задания.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу: выяснить, от чего меняется внутренняя энергия и какими способами это происходит.
- Составляют план проверки гипотезы по предложенным наблюдениям.
- Сверяют классификацию примеров с критериями «теплопередача» и «совершение работы».
- Находят и исправляют ошибку в собственном объяснении после обсуждения.
- Оценивают степень освоения материала с помощью листа самооценки и выходного вопроса.
Познавательные УУД
- Актуализируют знания о частицах вещества, их движении и взаимодействии.
- Выделяют в наблюдении существенные признаки изменения внутренней энергии.
- Строят объяснение по цепочке «воздействие на тело — изменение движения или взаимодействия частиц — изменение внутренней энергии».
- Сравнивают механическое воздействие и передачу энергии при контакте тел.
- Формулируют обобщение по результатам опыта, примеров и цифровой демонстрации.
Коммуникативные УУД
- Слушают объяснение партнёра и задают уточняющий вопрос по предложенному примеру.
- Аргументируют классификацию ситуации, используя понятия «работа» и «теплопередача».
- Распределяют действия в паре: один формулирует гипотезу, другой проверяет её обоснование.
- Представляют общий вывод классу кратко и корректно.
- Учитывают альтернативное мнение и при необходимости уточняют собственный вывод.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить безопасную демонстрацию: металлическую ложку комнатной температуры, ёмкость с тёплой водой температурой не выше 50 °C и щипцы или прихватку; проверить устойчивость ёмкости.
- Подготовить цифровую анимацию движения частиц в более холодном и более нагретом теле, а также короткий видеоролик трения ладоней; заранее проверить звук и воспроизведение.
- Сделать слайд с вопросом «Как изменить внутреннюю энергию тела?» и двумя пустыми колонками для последующей фиксации способов.
- Распечатать по одной парной карточке на каждую пару (ориентировочно 15 карточек) с шестью бытовыми ситуациями для классификации.
- Распечатать по одному листу самооценки и одному выходному билету на каждого ученика.
- Подготовить на доске схему «частицы движутся и взаимодействуют → внутренняя энергия» и место для итоговой записи «теплопередача / совершение работы».
- Подготовить проектор или интерактивную доску, компьютер с заранее открытой анимацией и презентацией; иметь план объяснения без цифровой демонстрации на случай технического сбоя.
- Подготовить таймер для парной работы и цветные карточки или стикеры для быстрой рефлексии.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (4 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и вызвать вопрос о причинах изменения температуры тела.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и проверяет готовность: «Здравствуйте, ребята. Проверьте, пожалуйста, что у вас готовы тетрадь и ручка. Сегодня нам пригодится не только знание определений, но и умение объяснять наблюдаемое. Если вы не согласны с предложенным объяснением, можно возразить — важно лишь привести аргумент». | Готовят тетради и ручки, занимают рабочие места; настраиваются на обсуждение. |
2 мин | Учитель демонстрирует короткое видео, где человек энергично растирает ладони, и задаёт проблемный вопрос: «Посмотрите на экран: ладони после трения становятся теплее. Откуда взялось это изменение? Тепла рядом не было. Как вы думаете, что именно изменилось в телах? Пока не называйте окончательный ответ — сначала запишите свою гипотезу одним предложением». | Просматривают видео и индивидуально записывают гипотезу, например: «Ладони нагрелись из-за трения» или «Движение заставило частицы двигаться быстрее». |
1 мин | Учитель предлагает право выбора: «Выберите, какой вопрос вам интереснее проверить: почему нагреваются ладони при трении или почему остывает горячий чай, если оставить его на столе? В конце урока мы вернёмся к обоим примерам и объясним их физически». | Поднимают руку за выбранный вопрос; несколько учеников называют свой выбор и кратко поясняют его. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы заметили, что температура тела может измениться и без очевидного нагревателя. Чтобы разобраться, что именно изменяется внутри тела, вспомним, что мы уже знаем о частицах вещества».
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (6 мин)
Цель этапа: актуализировать модель строения вещества и обнаружить, каких знаний не хватает для объяснения наблюдаемого нагревания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске схему частиц в твёрдом теле и спрашивает: «Что общего у частиц любого вещества? Где они находятся и как движутся? Вспомните, что происходит с движением частиц при повышении температуры. Мне важны не отдельные слова, а связь между ними». | Отвечают: «Вещество состоит из частиц», «частицы взаимодействуют и движутся», «при нагревании движение становится интенсивнее». |
2 мин | Учитель организует приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: «Полминуты подумайте самостоятельно, затем минуту обсудите с соседом вопрос: чем обладают частицы внутри тела? Сформулируйте одну общую фразу. После этого несколько пар поделятся ответом, а я зафиксирую ключевые слова на доске». | Обдумывают ответ 30 секунд, обсуждают в паре 1 минуту; предлагают формулировки «частицы движутся» и «частицы взаимодействуют», следят за записью на доске. |
2 мин | Учитель возвращает класс к видео: «Если частицы движутся и взаимодействуют, можно ли описать энергию, связанную с этим движением и взаимодействием? Как она могла измениться при растирании ладоней? Пока у нас есть предположение, но не хватает точного понятия и способа классифицировать такие изменения». Учитель фиксирует на доске вопрос урока. | Формулируют затруднение: «Мы не знаем, как называется энергия частиц внутри тела», «не можем пока объяснить, каким образом трение меняет эту энергию». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили, что частицы движутся и взаимодействуют, но пока не назвали связанную с ними энергию и не установили все способы её изменения. Сформулируем цель и план поиска ответа».
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную задачу и совместный план её решения.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель обращается к классу: «Какой вопрос поможет объяснить нагревание ладоней и охлаждение чая? Предложите формулировки. Можно начать со слов: “Что называют…?” или “Какими способами…?”». Учитель принимает ответы и записывает общий вопрос: «Что такое внутренняя энергия и как её изменить?» | Предлагают вопросы; вместе с учителем формулируют учебную задачу: «Выяснить, что называют внутренней энергией и какими способами её можно изменить». |
2 мин | Учитель предлагает классу составить план: «Что нужно сделать, чтобы ответить не наугад? Сначала уточним понятие, затем посмотрим на наблюдения, после этого сравним примеры и проверим себя. Согласны ли вы с таким планом или хотите что-то добавить?» | Принимают или дополняют план: «Вспомнить движение частиц», «увидеть, что происходит при нагревании», «разделить примеры по способам изменения энергии», «объяснить пример с ладонями». |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «У нас есть вопрос и план его решения. Теперь посмотрим на модель частиц и опыт, чтобы самостоятельно вывести, что физики называют внутренней энергией».
Этап 4. Открытие нового знания. Опыт и цифровая модель (10 мин)
Цель этапа: сформировать понятие внутренней энергии и установить два способа её изменения на основе наблюдений и цифровой визуализации.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает на экране две анимации частиц одного вещества: при более низкой и более высокой температуре. «Сравните изображения. Что изменилось в движении частиц? Что осталось: сами частицы или их число? В модели взаимодействие частиц тоже сохраняется. Какую энергию имеют частицы из-за движения и взаимодействия?» | Сравнивают анимации и отвечают: «При более высокой температуре частицы движутся быстрее», «частицы взаимодействуют», «их число в изображённом теле не изменилось». |
2 мин | Учитель подводит к определению: «Энергия хаотического движения частиц и энергия их взаимодействия вместе составляют внутреннюю энергию тела. Повторите определение своими словами: какие две составляющие в нём названы? Не смешивайте внутреннюю энергию с механической энергией всего тела как целого». | Записывают или проговаривают определение: «Внутренняя энергия состоит из энергии движения частиц и энергии их взаимодействия»; называют обе составляющие. |
3 мин | Учитель безопасно опускает металлическую ложку в ёмкость с тёплой водой, не предлагая учащимся касаться воды. «Наблюдаем: ложка была прохладнее воды, а затем нагрелась. Вода передала ложке энергию при непосредственном контакте. Это теплопередача. Теперь вспомним растирание ладоней: нагревание произошло вследствие механического воздействия, то есть при совершении работы». | Наблюдают демонстрацию, описывают направление передачи энергии: «От более тёплой воды к более холодной ложке»; сопоставляют её с трением ладоней. |
2 мин | Учитель записывает на доске два способа и спрашивает: «Как теперь разделить наши примеры? В первом случае энергия передавалась при контакте тел, во втором — менялась из-за механического действия. Каким способом можно изменить внутреннюю энергию?» | Формулируют вывод: «Внутреннюю энергию можно изменить теплопередачей и совершением работы»; приводят примеры «нагрев ложки водой» и «растирание ладоней». |
Запись в тетрадях
- Внутренняя энергия тела — энергия хаотического движения частиц и энергия их взаимодействия.
- Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: теплопередачей и совершением работы.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вывели определение и назвали два способа изменения внутренней энергии. Проверим, сможете ли вы распознать способ в конкретной ситуации и объяснить свой выбор».
Этап 5. Первичное закрепление: классификация ситуаций (7 мин)
Цель этапа: применить новое понятие для классификации бытовых ситуаций и аргументировать выбор способа изменения внутренней энергии.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель раздаёт парные карточки и поясняет критерий: «На карточке шесть ситуаций. Для каждой отметьте, изменяется ли внутренняя энергия и что является основным способом: теплопередача или совершение работы. Если ситуация допускает оба процесса, укажите оба и поясните, какой заметнее в описании. На обсуждение четыре минуты; затем одна пара объяснит один спорный пример». | Получают карточку, читают задание и договариваются, кто записывает классификацию, а кто проверяет обоснование. |
4 мин | Учитель запускает таймер и наблюдает за парами, задавая наводящие вопросы: «Было ли непосредственное механическое воздействие? Есть ли более тёплое и более холодное тело? Что именно передаёт энергию? Не называйте способ только по итоговому слову “нагрелось” — объясните причину». На карточке представлены: ладони трут друг о друга; ложка нагревается в горячем чае; воздух в насосе нагревается при быстром сжатии; лёд тает в тёплой комнате; металлическая проволока нагревается при сгибании; чай остывает на столе. | В парах классифицируют ситуации: трение ладоней — совершение работы; ложка в чае — теплопередача; сжатие воздуха — совершение работы; таяние льда и остывание чая — теплопередача; сгибание проволоки — совершение работы. Обсуждают, что в реальных процессах способы могут сочетаться. |
2 мин | Учитель просит две пары представить ответы и организует взаимную проверку: «Назовите ситуацию, способ и признак, по которому вы приняли решение. Слушатели могут задать один уточняющий вопрос. Если вы заметили неточность, сначала укажите критерий, а затем предложите исправление». | Представляют классификацию и поясняют: «Чай остывает, потому что передаёт энергию окружающему воздуху»; «при сжатии газа над ним совершают работу». Сверяют свои ответы и исправляют ошибки. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Вы научились различать способы не по одному слову в условии, а по причине изменения энергии. Теперь каждый проверит себя самостоятельно, а затем мы используем цифровую модель для проверки объяснений».
Этап 6. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание определения и способов изменения внутренней энергии, дать возможность скорректировать ответ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт индивидуальное задание: «Работайте самостоятельно. Первое: запишите, из чего состоит внутренняя энергия. Второе: определите способ изменения энергии в двух ситуациях — нагревание рук при трении и нагревание металлического предмета в горячей воде. Третье: объясните одним предложением, почему после сжатия воздух в насосе может нагреться. Ответ должен содержать физическую причину, а не только название способа». | Индивидуально записывают определение, классифицируют два примера и формулируют объяснение нагревания воздуха при сжатии. |
2 мин | Учитель выводит на экран эталон: «Сверьте ответы по трём пунктам. За определение проверьте наличие обеих составляющих, за классификацию — верное указание причины, за объяснение насоса — связь с совершением работы. Отметьте карандашом одну сильную сторону и исправьте, если обнаружили неточность». | Сверяют ответы: внутренняя энергия включает энергию движения частиц и их взаимодействия; трение и сжатие газа связаны с совершением работы; нагревание предмета горячей водой — с теплопередачей. Исправляют записи. |
1 мин | Учитель проводит оценивание «Светофор»: «Покажите зелёную карточку, если можете объяснить оба способа, жёлтую — если различаете их, но затрудняетесь с объяснением, красную — если нужна ещё одна совместная тренировка. Это не отметка, а сигнал, что нам стоит повторить». | Поднимают цветную карточку; при необходимости записывают вопрос, который пока остался. |
Эталон решения
1) Внутренняя энергия связана с хаотическим движением частиц и их взаимодействием. 2) При трении ладоней внутренняя энергия меняется вследствие совершения работы; при нагревании предмета горячей водой энергия передаётся теплопередачей. 3) При сжатии газа над ним совершается работа; внутренняя энергия газа может увеличиться, поэтому он нагревается.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Самостоятельная проверка показала, что вы уже можете объяснять знакомые ситуации. Проверим моделью, как связаны движение частиц и температура, и вернёмся к вопросу о ладонях и остывающем чае».
Этап 7. Применение цифровой модели и обобщение (4 мин)
Цель этапа: обобщить связь между температурой, движением частиц и изменением внутренней энергии, используя цифровую модель.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель повторно показывает анимацию частиц при более низкой и высокой температуре: «Опишите, что видно на экране, не выходя за пределы наблюдения. Как меняется движение частиц? Как это связано с внутренней энергией? Можно ли по этой анимации заключить, что внутреннюю энергию изменяют только нагреванием? Обоснуйте ответ». | Наблюдают анимацию и объясняют: «При более высокой температуре частицы движутся интенсивнее»; «внутренняя энергия связана и с движением, и с взаимодействием частиц»; «изменить её можно не только теплопередачей, но и совершением работы». |
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: «Теперь объясните нагревание ладоней и остывание чая. Что общего у процессов и чем различаются причины изменения внутренней энергии? Сформулируйте ответ так, чтобы его понял человек, который не изучал физику». | Формулируют вывод: «Ладони нагреваются при трении, когда совершается работа; чай остывает, передавая энергию более холодному окружающему воздуху». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы объяснили исходные примеры и увидели, что один и тот же результат — изменение внутренней энергии — может возникать разными путями. Осталось оценить, что получилось усвоить лично каждому и какие вопросы нужно продолжить разбирать».
Этап 8. Рефлексия и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: осмыслить освоенные способы изменения внутренней энергии, выявить оставшиеся затруднения и зафиксировать домашнее задание.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт выходные билеты: «За одну минуту ответьте письменно на два коротких вопроса: назовите два способа изменения внутренней энергии и приведите по одному примеру; укажите, что пока осталось неясным. Это поможет мне подобрать задания к следующему уроку». Затем предлагает отметить в листе самооценки: «Я могу объяснить определение; я могу различить два способа; мне нужна помощь с…». | Заполняют выходной билет и отмечают пункты самооценки. В качестве примеров записывают, например, трение ладоней и нагревание ложки в горячей воде. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание: «Выберите уровень по своей готовности: обязательный — для закрепления определения и способов; повышающий — для объяснения новых ситуаций; дополнительный — для самостоятельного составления примеров. Запишите выбранный вариант и контрольный вопрос: чем отличается теплопередача от совершения работы?» | Записывают задание выбранного уровня и устно отвечают на контрольный вопрос, используя признак причины изменения внутренней энергии. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно сформулировано понятие внутренней энергии с указанием обеих составляющих; все шесть ситуаций классифицированы правильно; выводы обоснованы причиной изменения энергии.
- «4» — определение сформулировано верно, большинство ситуаций классифицировано правильно; допущена одна-две неточности, которые ученик исправил после сверки.
- «3» — ученик называет внутреннюю энергию и оба способа её изменения, но допускает несколько ошибок при классификации примеров или объясняет выбор без указания причины.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что называют внутренней энергией тела? | Проверка понимания определения и наличия обеих составляющих. |
Как различить теплопередачу и совершение работы в примере? | Выявление того, ориентируется ли ученик на причину изменения энергии. |
Какой пример сегодня помог вам лучше всего понять тему и почему? | Определение наиболее понятного контекста и осознание собственного способа учиться. |
Какой вопрос или затруднение осталось у вас после урока? | Диагностика пробелов и планирование повторения на следующем занятии. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы выяснили, что внутренняя энергия связана с движением частиц и их взаимодействием, и научились различать два способа её изменения. Запомните: одного факта нагревания недостаточно, чтобы определить способ — нужно установить, передавалась ли энергия при теплопередаче или изменялась вследствие совершения работы. Вы хорошо использовали наблюдения и аргументы, а цифровая модель помогла проверить наши объяснения. На следующем уроке мы продолжим изучать тепловые явления и разберём, как энергия передаётся между телами».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Повторить определение внутренней энергии и два способа её изменения; письменно классифицировать 4 бытовые ситуации, указав для каждой способ и причину. | Закрепляет понятие и распознавание теплопередачи и совершения работы; проверить, приведено ли обоснование, а не только название способа. |
Средний (повышающий) | Разобрать 5 новых ситуаций нагревания или охлаждения тел и для каждой составить объяснение из двух частей: что происходит с внутренней энергией и каким способом она меняется. | Развивает применение понятия и аргументацию; обратить внимание на различение причины изменения энергии и наблюдаемого результата. |
Продвинутый (дополнительный) | Составить мини-подборку из трёх собственных бытовых примеров: один пример теплопередачи, один совершения работы и один случай, где оба способа могут проявляться одновременно; объяснить классификацию. | Развивает анализ и создание собственных примеров; проверить корректность физического объяснения и понимание сочетания процессов. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: что входит во внутреннюю энергию тела? Какими двумя способами её можно изменить? Почему трение ладоней и нагревание ложки в горячей воде относятся к разным способам изменения внутренней энергии?
