Тепловые процессы · урок 2 из 21

Внутренняя энергия

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R02 · PHY8-009

Паспорт: R02 «1.2 Тепловые процессы» (21 ч), урок 2/21, единица R02.3 «Внутренняя энергия». Тип урока — Н (новый материал).
Хронометраж: цели и актуализация 6 мин (сл. 2–3) · проблема и новый материал 15 (сл. 4–11) · закрепление 17 (сл. 12–15) · рефлексия 3 и ДЗ 2 (сл. 16). Если не успеваете — сл. 9 (агрегатные состояния) показать обзорно, задания 5–6 со сл. 14 перенести в ДЗ.
Оборудование: кусок пластилина (или свинцовая пластинка) и молоток, металлическая плита или наковальня; мяч; по возможности — цифровой датчик температуры.

R02.3

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Использовать понятие

«внутренняя энергия»: обозначение $U$ , единица — джоуль (REQ-1.1)

Объяснять

от чего зависит внутренняя энергия тела и от чего — нет (REQ-1.6)

Различать

механическую энергию тела и внутреннюю энергию его частиц (REQ-1.4)

Распознавать

изменение внутренней энергии в жизни: по температуре и состоянию тела (REQ-1.3)

REQ-1.1: «использовать понятия». REQ-1.3: «распознавать проявление изученных физических явлений в окружающем мире… выделять существенные свойства (признаки) физических явлений». REQ-1.4: «описывать изученные свойства тел и физические явления, используя физические величины… обозначения и единицы физических величин». REQ-1.6: «объяснять физические процессы и свойства тел… строить объяснение из 1–2 логических шагов».
Элемент кодификатора EL-6.7 «Внутренняя энергия…»; связь с EL-6.16 «Закон сохранения и превращения энергии в тепловых процессах» (сл. 4–5).

повторение: 7 кл. «Энергия» · R02.2

Вспомним

Какая бывает энергия

Какой энергией обладает летящий мяч?

кинетической: $E_{к} = \frac{m v ^{2}}{2}$

А книга на полке?

потенциальной: $E_{п} = m g h$

Как движутся частицы в горячем теле?

быстрее: чем выше $t$ , тем больше их скорость

R02.3 · EL-6.16

Проблема

Куда исчезла механическая энергия?

Энергия не исчезает. Значит, она перешла в какую-то другую форму. В какую?

R02.3 · EL-6.16

Ответ

Энергия перешла к частицам тела

E_{мех} ⟶ U

3 Дж механической энергии стали внутренней энергией шарика и плиты: они нагрелись.

Стрелки — скорости колебаний частиц пластилина. После удара частицы колеблются быстрее, температура повышается (связь t и скорости — урок PHY8-008).
Нагрев от одного удара мал (3 Дж — это доли градуса). Заметно: несколько раз ударить молотком по свинцовой пластинке или по куску пластилина — он станет тёплым на ощупь; гвоздь после забивания тоже тёплый.
Часть энергии уходит и на звук удара — об этом можно упомянуть, но на уроке не считать.

R02.3

Новое понятие

Что такое внутренняя энергия

Внутренняя энергия — энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

U = E_{к} + E_{п}

всех частиц тела · единица — джоуль (Дж)

Частицы движутся и взаимодействуют всегда — внутренняя энергия есть у любого тела.

Определение — как в учебнике: «Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией тела». Записать в тетрадь.
Модель: шарики — частицы, стрелки — их скорости (кинетическая энергия теплового движения), пружинки — силы притяжения и отталкивания между ними (потенциальная энергия взаимодействия). Пружинки — только модель, на самом деле их нет.
Обозначение U и единица Дж — как у любой энергии. Числовое значение U мы не вычисляем; на уроках будем находить её изменение.

R02.3 · R02.2

От чего зависит

Выше температура — больше внутренняя энергия

Объяснение в два логических шага (REQ-1.6): t выше → частицы движутся быстрее → их кинетическая энергия, а значит, и внутренняя энергия тела больше.
И наоборот: остывая, тело теряет внутреннюю энергию. Вывод для жизни: изменилась температура — изменилась внутренняя энергия. Это главный признак, по которому мы будем судить об изменении U.
Вопрос: «У какого чая больше внутренняя энергия: у только что налитого или у остывшего в той же чашке?» (У горячего.)

R02.3

От чего зависит

Больше частиц — больше внутренняя энергия

m ↑ \Rightarrow U ↑

У айсберга при −10 °C внутренняя энергия больше, чем у чашки горячего чая.

Внутренняя энергия — сумма энергий всех частиц. При той же температуре каждая частица в среднем обладает той же энергией, а частиц в 2 кг воды вдвое больше.
Айсберг: частицы движутся медленнее, чем в горячем чае, но их в миллиарды раз больше — сумма огромна. Вопрос: «Значит ли это, что айсберг горячее чая?» (Нет: температура и внутренняя энергия — разные величины.)
Внутренняя энергия зависит и от рода вещества: частицы разных веществ взаимодействуют по-разному. Подробнее — в уроке об удельной теплоёмкости (R02.7).

R02.3 · повторение R01

От чего зависит

Агрегатное состояние меняет внутреннюю энергию

Температура та же, а U больше: у воды — чем у льда, у пара — чем у кипящей воды.

Опора — модели твёрдого, жидкого и газообразного состояний (строка R01). При плавлении и кипении температура не меняется, но меняется расположение частиц и энергия их взаимодействия — поэтому внутренняя энергия растёт.
Вопрос: «Почему ожог паром 100 °C опаснее ожога кипятком 100 °C?» (У пара внутренняя энергия больше; конденсируясь на коже, он отдаёт её.)
Расчёты при плавлении и кипении — в уроках R02.10–R02.15; сейчас только качественно. Слайд можно показать обзорно.

R02.3

От чего не зависит

Высота и скорость тела на U не влияют

Механическая энергия шаров разная (зависит от высоты и скорости шара как целого), а внутренняя — одинаковая: те же вещество, масса и температура, частицы внутри движутся и взаимодействуют одинаково.
Как в учебнике: внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.
Вопрос: «Мы подняли шар на полку. Что изменилось — механическая или внутренняя энергия?» (Механическая: выросла Eп.)

R02.3

Сравним

Механическая и внутренняя энергия

	Механическая	Внутренняя
чья энергия	тела как целого	частиц, из которых состоит тело
складывается из	$E_{к}$ и $E_{п}$ тела	$E_{к}$ и $E_{п}$ всех его частиц
зависит от	скорости тела, высоты, деформации	температуры, массы, агрегатного состояния
может быть = 0?	да: тело покоится на полу	нет: частицы движутся всегда
единица	Дж	Дж

R02.3 · REQ-1.3

Закрепление

Внутренняя энергия: больше, меньше или так же?

ситуация	U	признак
Горячий чай остывает в чашке	↓ меньше	t понизилась
Монету долго тёрли о бумагу	↑ больше	монета нагрелась
Мяч подбросили вверх, t не менялась	= так же	изменилась только мех. энергия
Лёд тает при 0 °C	↑ больше	лёд → вода
Пар оседает каплями на холодном стекле	↓ меньше	пар → вода

R02.3

Осторожно

Типичные ошибки

Где ошибаются	Неверно	Верно
чья энергия	энергия движущегося тела	энергия частиц тела
покоящееся тело	лежит на полу — U = 0	U > 0 всегда
холодное тело	у льда нет внутренней энергии	есть: частицы колеблются
подъём тела	подняли выше — U выросла	выросла $E_{п}$ тела, U та же
t и U	у горячего тела U всегда больше	зависит и от массы

R02.3

Закрепление

Решите

1базаЧто называют внутренней энергией тела? Как её обозначают, в каких единицах измеряют?

2базаДва одинаковых стакана воды: 20 °C и 60 °C. У какой воды внутренняя энергия больше? Почему?

3базаВ одном чайнике 1 л кипятка, в другом — 2 л. Где внутренняя энергия воды больше?

4повыш.Свинцовый шар массой 1 кг упал с высоты 2 м и не отскочил. На сколько выросла внутренняя энергия шара и плиты?

5повыш.Может ли внутренняя энергия тела быть равна нулю? Ответ поясните.

6практикаПотрите ладони друг о друга. Изменилась ли их внутренняя энергия? По какому признаку вы это узнали?

Ответы: 1) Энергия движения и взаимодействия частиц тела; U; джоуль (Дж). 2) У воды 60 °C: при равных массах частицы горячей воды движутся быстрее. 3) В чайнике с 2 л: температура та же, частиц вдвое больше.
4) Механическая энергия Eп = mgh = 1 кг · 10 Н/кг · 2 м = 20 Дж перешла во внутреннюю: U увеличилась на 20 Дж (сопротивление воздуха и звук не учитываем). 5) Нет: частицы любого тела всегда движутся и взаимодействуют. 6) Увеличилась: ладони нагрелись — температура выросла.
Задания 1–3 — все; 4–6 — по готовности. Если времени мало, 5–6 — в ДЗ.

R02.3 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 19: качественная задача

19Два одинаковых медных шара имеют одинаковую температуру. Один лежит на полке шкафа, другой — на полу. Одинакова ли внутренняя энергия шаров? Ответ поясните.

Ответ: ________ · Пояснение: ________

Ответ: одинакова. Пояснение: внутренняя энергия зависит от температуры, массы и состояния вещества; у шаров они одинаковы. От положения тела (высоты) внутренняя энергия не зависит — у шара на полке больше только потенциальная (механическая) энергия.
Критерии: 2 балла — верный ответ и верное пояснение; 1 балл — верный ответ с неполным пояснением; 0 — только ответ без пояснения или неверный ответ.
Типичная ошибка: «у верхнего шара больше энергии, значит, и внутренней». Отправить к сл. 10–11.

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Что такое внутренняя энергия?
От чего она зависит, а от чего — нет?
Как узнать, что внутренняя энергия тела изменилась?

Домашнее задание

Приведите 3 примера из жизни: U тела растёт, уменьшается, не меняется
* Как увеличить внутреннюю энергию монеты? Предложите два способа
Тренажёр:
reknow.ru/8/physics/8_physics_teplota.htm

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-009 · Внутренняя энергия

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R02 «1.2 Тепловые процессы», 21 ч · урок 2/21 · тип Н (новый материал)
Единицы → слайды	R02.3 «Внутренняя энергия» → 2, 4–16 · повторение R02.2 и энергии (7 кл.) → 3, 7 · повторение R01 (агрегатные состояния) → 9
Результаты	REQ-1.1 (понятия) → 2, 6, 11, 14 · REQ-1.3 (распознавать явления в окружающем мире) → 12, 14 · REQ-1.4 (величины, обозначения, единицы) → 2, 6, 11 · REQ-1.6 (объяснение в 1–2 шага) → 5, 7–10, 15 · REQ-1.7 (расчёт) → 4, 14
Элементы	EL-6.7 «Внутренняя энергия» → 4–16 · EL-6.16 (превращение энергии) → 4, 5, 14
Виды деятельности	наблюдение и объяснение опыта (удар пластилина, свинца) → 4, 5
ОГЭ	линия 19 (качественная задача) → 15
Вне урока	способы изменения внутренней энергии (теплопередача и работа), виды теплопередачи — PHY8-010; количество теплоты — PHY8-011; удельная теплоёмкость — R02.7; расчёты при плавлении и кипении — R02.10–R02.15
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending