Строение и свойства вещества · урок 2 из 7 · исследование

Строение и свойства вещества: опыты и модели

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R01 · PHY8-002

Паспорт: R01 «1.1 Строение и свойства вещества» (7 ч), урок 2/7, единицы R01.3 «Опыты, подтверждающие основные положения МКТ» и R01.4 «Модели твёрдого, жидкого и газообразного состояний вещества». Тип урока — И (исследование).
Хронометраж: цели и актуализация 5 мин (сл. 2–3) · вопрос и гипотезы 3 (сл. 4) · исследование: опыты 20 (сл. 5–12) · модели состояний 7 (сл. 13–15) · закрепление 7 (сл. 16–17) · рефлексия и ДЗ 3 (сл. 18).
Оборудование на демонстрационный стол: кристаллики перманганата калия и 5 стаканов с водой; 2 мензурки, вода и спирт (или подкрашенная вода); стаканы с холодной и горячей водой и чайные пакетики; свинцовые цилиндры; на парты — динамометр, стеклянная пластинка на нитях, сосуд с водой.
Если времени мало: слайд 15 «Дополнительно» пропустить, слайд 8 — пройти устно.

R01.3 · R01.4

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Объяснять опыты

растворение, диффузию, слипание тел — положениями МКТ (REQ-1.6)

Различать явления

диффузию и броуновское движение — по описанию и опыту (REQ-1.2)

Исследовать

гипотеза → опыт → таблица и график → вывод (REQ-1.9, REQ-1.11)

Описывать модели

твёрдого, жидкого и газообразного состояний (REQ-1.4)

REQ-1.6: «объяснять физические процессы и свойства тел… строить объяснение из 1–2 логических шагов». REQ-1.2: «различать явления по описанию их характерных свойств и на основе опытов, демонстрирующих данное физическое явление». REQ-1.9: «проводить опыты по наблюдению физических явлений или физических свойств тел: формулировать проверяемые предположения, собирать установку… формулировать выводы». REQ-1.11: исследование зависимости одной величины от другой, таблица и график. REQ-1.4: описывать свойства тел, используя физические величины.
Элементы содержания: EL-6.1 (положения МКТ, опыты, подтверждающие их), EL-6.2 (модели твёрдого, жидкого и газообразного состояний), EL-6.17 (практическая работа «Опыты по обнаружению действия сил молекулярного притяжения»).

повторение: R01.1–R01.2

Вспомним

Три положения молекулярно-кинетической теории

1. Что меньше: атом или молекула?

2. Можно ли увидеть молекулу в школьный микроскоп?

3. Как же доказать, что частицы есть?

4 мин, фронтально. Положения МКТ (урок PHY8-001): 1) все вещества состоят из частиц — молекул и атомов, между частицами есть промежутки; 2) частицы непрерывно и беспорядочно (хаотично) движутся; 3) частицы взаимодействуют — притягиваются и отталкиваются.
Ответы: 1) атом — молекула состоит из атомов. 2) Нет: размеры молекул порядка 10⁻¹⁰ м, а школьный микроскоп различает детали около 10⁻⁶ м.
Вопрос 3 — проблема урока: раз частиц не видно, их существование доказывают косвенно — опытами. Сегодня мы проверим каждое положение опытом.

R01.3

Исследование · вопрос и гипотезы

Что проверяем сегодня

R01.3

Опыт 1 · растворение

Кристаллик марганцовки и вода

Цвет заметен и после разбавления в 10 000 раз ⇒ в крошечном кристалле огромное число очень маленьких частиц.

Демонстрация (вид деятельности ФРП «опыты с растворением различных веществ в воде»): кристаллик перманганата калия растворить в стакане воды, затем 1 часть раствора долить 9 частями воды — и так четыре раза.
Вопрос классу: почему окраска не исчезает сразу? (Частицы краски распределились по всему объёму; даже в малой доле раствора их ещё очень много.)
Ошибка учеников: «кристалл растворился и исчез». Вещество не исчезло — его частицы разошлись между частицами воды.
Техника безопасности: перманганат окрашивает кожу и одежду; работает учитель.

R01.3

Опыт 2 · смешивание жидкостей

50 мл воды + 50 мл спирта = ?

V_{смеси} = 97 мл < 50 мл + 50 мл

Между частицами есть промежутки — частицы спирта заняли их.

Гипотеза 1. Перед опытом спросить: сколько получится? Большинство ответит «100 мл». Объём смеси около 96–97 мл.
Модель: 0,5 л гороха + 0,5 л пшена дают меньше 1 л — мелкие зёрна заполняют промежутки между крупными. Модель только иллюстрирует идею: частицы — не горошины.
Если нет спирта: вода и сахар — уровень после растворения сахара поднимается меньше, чем на объём насыпанного сахара.
Масса при этом сохраняется: 50 г + 40 г ≈ 90 г (плотность спирта ≈ 0,8 г/см³), уменьшается только объём.

R01.3

Исследование · опыт 3

Зависит ли скорость диффузии от температуры?

Чайный пакетик в воде; τ — время, за которое вода окрасилась целиком.

t, °C	τ, с
20	600
40	300
60	150
80	75

Выше температура ⇒ частицы движутся быстрее ⇒ диффузия идёт быстрее.

Гипотеза 2. Диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого вследствие их беспорядочного движения.
Данные — образец результатов опыта класса (время зависит от сорта чая и объёма воды). Если опыт ставится на уроке: 4 стакана по 200 мл, температуру измерить термометром, время — секундомером телефона.
Чтение графика: при нагревании на каждые 20 °C время уменьшается примерно вдвое. Вопрос: каким будет τ при 50 °C? (Между 300 и 150 с, около 200 с — см. задание 4, сл. 16.)
Ошибка: путать «скорость диффузии» и «время диффузии» — чем больше скорость, тем меньше время.
Помешивать нельзя: тогда вода перемешивается потоками, а не диффузией.

R01.3

Опыт 3 · продолжение

Диффузия идёт в газах, жидкостях и твёрдых телах

Газы: запах духов чувствуется через несколько секунд — минуту (частицы далеко друг от друга, движутся быстро). Но не мгновенно: молекулы часто сталкиваются с молекулами воздуха.
Жидкости: раствор медного купороса под слоем чистой воды — граница размывается за несколько дней, полное перемешивание — недели.
Твёрдые тела: прижатые пластинки золота и свинца за 5 лет проникли друг в друга примерно на 1 мм (классический опыт из учебника).
Вопрос: почему диффузия в твёрдых телах самая медленная? (Частицы плотно упакованы и только колеблются около своих мест.) Это мостик к моделям состояний (сл. 13).

R01.3

Опыт 4 · под микроскопом

Броуновское движение

Диффузия: сами частицы веществ проникают друг в друга

Броуновское: видимую частицу беспорядочно толкают молекулы

Р. Броун (1827) наблюдал в микроскоп частицы, вышедшие из пыльцы растений в воде: они непрерывно беспорядочно двигались. Можно показать видео или каплю разведённой туши/молока под школьным микроскопом.
Объяснение (REQ-1.6): частица в сотни раз крупнее молекулы; молекулы воды ударяют её со всех сторон неодинаково — частица смещается то в одну, то в другую сторону. При нагревании движение становится интенсивнее.
Ломаная на рисунке — положения частицы через равные промежутки времени, а не её настоящая траектория.
Типичная ошибка: «броуновская частица — это молекула». Молекулы не видны, видна крупная частица, которую они толкают.

R01.3

Опыт 5 · взаимодействие

Частицы притягиваются и отталкиваются

Гипотеза 3. Свинцовые цилиндры: свежие ровные срезы плотно прижать с поворотом — цилиндры «слипаются» и выдерживают груз в несколько килограммов. Притяжение проявляется, только когда частицы сближены на расстояния порядка размеров молекул.
Вопрос: почему не слипаются осколки разбитой чашки? (Не удаётся сблизить поверхности на такие малые расстояния — мешают неровности.) Зато слипаются гладкие мокрые стёкла.
Шприц с водой и закрытым выходом: сжать воду почти невозможно — при сближении частицы отталкиваются. Воздух в таком же шприце сжимается легко (частицы далеко).
Не путать: притяжение частиц — не магнитное и не притяжение к Земле.

R01.3 · практическая работа

Практическая работа

Обнаружение действия сил молекулярного притяжения

Порядок

Подвесьте пластинку, измерьте вес P.
Коснитесь пластинкой воды.
Медленно поднимайте, запишите показание F при отрыве.
Сравните F и P.

P, Н	F, Н	F − P, Н
0,5	0,7	0,2

F - P = 0, 7 Н - 0, 5 Н = 0, 2 Н

Работа из перечня ФРП (EL-6.17). Оборудование: динамометр лабораторный (цена деления 0,1 Н), стеклянная пластинка на нитях, сосуд с водой, штатив. Время — 8 мин, в парах.
Числа в таблице — образец; у учеников разница F − P может быть 0,1–0,3 Н в зависимости от размера пластинки. Вывод: при отрыве нужна сила больше веса пластинки — частицы воды притягиваются к частицам стекла (и друг к другу).
Ошибка: дёргать динамометр — показание при рывке не читается. Поднимать плавно, следить за указателем.
Техника безопасности: стеклянную пластинку держать за нити, при сколе — сообщить учителю; пролитую воду вытереть.
Дополнительный вопрос: что изменится, если пластинку смазать жиром? (Вода не смачивает жир, F станет почти равна P — подробнее на уроке о смачивании, PHY8-004.)

R01.3

Вывод исследования

Опыты подтвердили все три положения

Опыт	Что наблюдали	Вывод	МКТ
марганцовка; вода + спирт	цвет не исчез; 97 мл вместо 100 мл	частицы очень малы, между ними промежутки	1
диффузия; броуновское движение	вещества смешиваются сами, при нагревании быстрее	частицы движутся непрерывно и беспорядочно	2
свинцовые цилиндры; пластинка; шприц	слипаются; $F > P$ ; вода не сжимается	частицы притягиваются и отталкиваются	3

R01.4

Модели

Как расположены и движутся частицы

Одни и те же молекулы воды образуют лёд, воду и пар — меняется не сама молекула, а её расположение, движение и взаимодействие с соседями.
Твёрдое (кристаллическое) тело: частицы в узлах кристаллической решётки, колеблются около положений равновесия. Жидкость: частицы почти вплотную, но без строгого порядка; колеблются и время от времени «перескакивают» на соседнее место — поэтому жидкость течёт. Газ: расстояния во много раз больше размеров частиц, притяжение очень слабое, частицы движутся свободно до столкновения.
Вопрос: почему газ занимает весь предоставленный объём? (Частицы почти не притягиваются и разлетаются, пока не ударятся о стенки.)
Аморфные тела и кристаллы подробно — на следующем уроке (PHY8-003).

R01.4

Сравним

Модель объясняет свойства

	Твёрдое	Жидкое	Газообразное
Расстояние между частицами	сравнимо с размером частиц	сравнимо с размером частиц	во много раз больше размера частиц
Притяжение	сильное	сильное	очень слабое
Форма	сохраняет	принимает форму сосуда	не сохраняет
Объём	сохраняет	сохраняет	занимает весь сосуд
Сжимаемость	почти не сжимается	почти не сжимается	легко сжимается

R01.4 · дополнительно

Дополнительно

Во сколько раз дальше молекулы пара?

V_{пара} \approx 1700 \cdot V_{воды}

12 \cdot 12 \cdot 12 = 1728 \approx 1700

Ребро куба в 12 раз длиннее ⇒ молекулы пара примерно в 12 раз дальше друг от друга.

Можно пропустить. Вид деятельности ФРП «оценивание количества частиц в единице объёма» — здесь качественная оценка.
1 г воды занимает 1 см³; при 100 °C и нормальном давлении из него получается около 1700 см³ пара. Если представить, что каждая молекула «живёт» в своём кубике, то объём кубика вырос в ≈ 1700 раз, а ребро — в 12 раз (12 · 12 · 12 = 1728).
Число частиц не изменилось — изменились только расстояния между ними. Это объясняет, почему пар легко сжать, а воду — нет.

R01.3 · R01.4

Закрепление

Объясните и рассчитайте

1базаЗапах жареного лука из кухни чувствуется в комнате. Как называется явление? Объясните его.

2базаГде сахар растворится быстрее: в воде при 20 °C или при 70 °C? Почему?

3базаПочему воздух в закрытом шприце сжать легко, а воду — почти нельзя?

4повыш.По графику (сл. 7) оцените время окрашивания воды при 50 °C.

5повыш.50 мл воды и 50 мл спирта дали 97 мл смеси. На сколько процентов уменьшился объём?

6практикаПочему огурцы солят горячим рассолом, а не холодным?

Ответы: 1) Диффузия: молекулы пахучих веществ беспорядочно движутся и проникают между молекулами воздуха. 2) При 70 °C: частицы движутся быстрее, диффузия идёт быстрее. 3) Частицы воздуха далеко друг от друга — их можно сблизить; частицы воды уже почти вплотную, при дальнейшем сближении отталкиваются.
4) Между 300 с (40 °C) и 150 с (60 °C), около 200 с (≈ 3,5 мин). Допустимы ответы 190–230 с. 5) ΔV = 100 − 97 = 3 мл; 3 мл : 100 мл · 100 % = 3 %. 6) При высокой температуре диффузия частиц соли в огурцы идёт быстрее.
Задания 1–3 — все устно; 4–6 — письменно по готовности; 6 можно оставить на дом.

R01.3 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 3: распознавание явлений

3Установите соответствие между примерами и физическими явлениями.

А) частицы туши в капле воды под микроскопом беспорядочно перемещаются

Б) свежие огурцы в рассоле через несколько дней становятся солёными

В) две гладкие мокрые стеклянные пластинки трудно оторвать друг от друга

1) диффузия2) броуновское движение3) притяжение частиц4) тепловое расширение

Ответ:

А	Б	В

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Каким опытом доказать, что частицы движутся?
Чем броуновское движение отличается от диффузии?
Почему газ занимает весь сосуд?

Домашнее задание

Опыт: кусочек сахара в холодной и горячей воде; время растворения — в таблицу, вывод
Нарисуйте модели льда, воды и пара
Тренажёр:
reknow.ru/8/physics/8_physics_agregatnye.htm

Рефлексия, ответы: диффузия (быстрее при нагревании) или броуновское движение; при диффузии перемешиваются сами частицы веществ, при броуновском движении видимую частицу толкают невидимые молекулы; частицы газа почти не притягиваются и разлетаются.
ДЗ: опыт не перемешивать ложкой, воду брать одного объёма; ожидаемый результат — в горячей воде сахар растворяется в несколько раз быстрее.
Следующий урок — PHY8-003 «Кристаллические и аморфные тела» (выращивание кристаллов соли или сахара).

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-002 · Строение и свойства вещества

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R01 «1.1 Строение и свойства вещества», 7 ч · урок 2/7 · тип И (исследование)
Единицы → слайды	R01.3 «Опыты, подтверждающие основные положения МКТ» → 4–12, 16, 17 · R01.4 «Модели твёрдого, жидкого и газообразного состояний вещества» → 13–15, 16 · повторение R01.1–R01.2 → 3
Результаты	REQ-1.2 (различать явления по описанию и опытам) → 9, 17 · REQ-1.6 (объяснять процессы и свойства) → 5–10, 12, 14, 16 · REQ-1.9 (опыты: гипотеза, установка, вывод) → 4–7, 11, 12 · REQ-1.11 (зависимость, таблица и график) → 7 · REQ-1.4 (описание свойств, величины) → 11, 13–15 · REQ-1.13 (техника безопасности) → 11 (заметки)
Элементы	EL-6.1 → 3–12 · EL-6.2 → 13–15 · EL-6.17 (практическая работа «Опыты по обнаружению действия сил молекулярного притяжения») → 11
ОГЭ	линия 3 (распознавание явлений) → 17
Вне урока	кристаллические и аморфные тела — PHY8-003; объяснение свойств газов, жидкостей, твёрдых тел, смачивание и капилляры — PHY8-004; тепловое расширение — R01.8; текст Лукреция — не включён
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending