Тепловые процессы · урок 7 из 21

Плавление и отвердевание кристаллических веществ

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R02 · PHY8-014

Паспорт: R02 «1.2 Тепловые процессы» (21 ч), урок 7/21, единица R02.10 «Плавление и отвердевание кристаллических веществ». Тип урока — Н (новый материал).
Хронометраж: цели и актуализация 6 мин (сл. 2–3) · проблема, опыт и новый материал 15 (сл. 4–10) · закрепление 16 (сл. 11–15) · рефлексия 3 и ДЗ 2 (сл. 16). Если не успеваете — сл. 11 (применение) показать обзорно, задания 5–6 со сл. 14 перенести в ДЗ.
Оборудование для демонстрации: стакан с мелко колотым льдом из морозильника, термометр (от −20 °C), электроплитка или спиртовка, мешалка, секундомер; для сравнения — кусочек воска или пластилина. Можно заменить видеозаписью опыта.

R02.10

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Использовать понятия

плавление, отвердевание (кристаллизация), температура плавления $t_{пл}$ (REQ-1.1)

Читать и строить график

зависимости температуры от времени $t (τ)$ (REQ-1.4)

Объяснять плавление

на основе строения вещества: почему $t$ не меняется (REQ-1.6)

Различать тела

кристаллические и аморфные — по опыту и графику (REQ-1.2)

REQ-1.1: «использовать понятия». REQ-1.2: «различать явления по описанию их характерных свойств и на основе опытов, демонстрирующих данное физическое явление». REQ-1.4: «…строить графики изученных зависимостей физических величин». REQ-1.6: «объяснять физические процессы и свойства тел… строить объяснение из 1–2 логических шагов…». Попутно REQ-1.9 (наблюдение опыта, сл. 4–6).
Элемент кодификатора EL-6.11 «Плавление и отвердевание кристаллических веществ. Удельная теплота плавления» (удельная теплота плавления — следующий урок PHY8-015).
Виды деятельности строки R02: «Наблюдение процесса плавления кристаллического вещества, например, льда», «Сравнение процессов плавления кристаллических тел и размягчения при нагревании аморфных тел», «Объяснение явлений плавления и кристаллизации на основе атомно-молекулярного учения», «Анализ ситуаций практического применения явлений плавления и кристаллизации».

повторение: R01.4, R01.5, R02.6–R02.7

Вспомним

Как расположены частицы в веществе

твёрдое

кристалл: частицы в узлах решётки, колеблются

жидкое

частицы рядом, но без порядка, перескакивают

газ

частицы далеко, летают свободно

Q = c m (t_{2} - t_{1})

А что станет с решёткой льда, если его греть и дальше?

6 мин вместе с целями. Опора — R01.4 «Модели твёрдого, жидкого и газообразного состояний», R01.5 «Кристаллические и аморфные тела» (PHY8-004…PHY8-005) и уроки о количестве теплоты PHY8-011…PHY8-013.
Вопросы: «Почему твёрдое тело сохраняет форму?» (частицы удерживаются в узлах решётки силами притяжения). «Что показывает формула Q = cm(t₂ − t₁)?» (сколько теплоты нужно, чтобы нагреть тело массой m на Δt, пока вещество не меняет состояние).
Последний вопрос — мостик к проблеме урока. Ответ пока не давать.

R02.10 · опыт

Проблема · опыт

Как меняется температура тающего льда?

Лёд из морозильника: $t \approx - 10^{\circ} C$ .
Нагреваем слабо, помешиваем.
Каждые 2 мин записываем $t$ в таблицу.
Строим график $t (τ)$ .

Гипотеза:

t

растёт всё время? Или остановится?

R02.10

Новые понятия

Плавление и отвердевание

Определения в тетрадь. Плавление — переход вещества из твёрдого состояния в жидкое. Отвердевание (кристаллизация) — переход из жидкого состояния в твёрдое.
При плавлении тело получает энергию (теплоту), при отвердевании — отдаёт её окружающим телам.
Переходы «жидкость ⇄ газ» (серым) — уроки PHY8-015…PHY8-017. Вопрос: «Приведите примеры плавления и отвердевания в природе» (таяние снега и сосулек весной, замерзание луж и водоёмов, образование льда на проводах).

R02.10 · опыт

Результат опыта

Пока лёд тает, температура не меняется

τ, мин	t, °C
0	−10
2	0
4	0
6	0
8	0
10	0
12	5
14	10

Графики появляются по участкам. Вопросы по каждому: «Что происходит со льдом? Получает ли он энергию от плитки?» — плитка работает всё время, значит, энергию лёд получает и на горизонтальном участке.
Вывод: температура плавления льда 0 °C; пока весь лёд не растает, температура смеси «лёд + вода» остаётся 0 °C. Это и есть ответ на проблему урока.
Числа условные (по реальному опыту плавление длится дольше, зависит от массы льда и нагревателя). Вода нагревается вдвое медленнее льда: её удельная теплоёмкость 4200 Дж/(кг·°C), а у льда 2100 Дж/(кг·°C) — связь с PHY8-012.

R02.10

Температура плавления

У каждого вещества своя $t_{пл}$

t_{пл},^{\circ} C

температура плавления

ниже

t_{пл}

— твёрдое, выше — жидкое

Температура плавления — температура, при которой вещество плавится. Значения — из таблицы учебника (при нормальном атмосферном давлении).
Вопросы: «Какое вещество из таблицы при комнатной температуре жидкое?» (ртуть: −39 °C < 20 °C). «Почему нить лампы накаливания делают из вольфрама?» (самая высокая t пл — нить раскалена до ~2500–3000 °C и не плавится).
Ошибка: путать «плавится при 0 °C» и «тает при любой плюсовой температуре воздуха». Лёд на улице при +5 °C тает, но его температура во время таяния — 0 °C.

R02.10

Объяснение

Энергия идёт на разрушение решётки

скорость частиц та же → $t$ постоянна

порядок разрушен → внутренняя энергия растёт

Объяснение в 2 шага (REQ-1.6): 1) получаемая энергия идёт не на увеличение скорости частиц, а на разрушение кристаллической решётки (частицы «отрываются» от узлов); 2) средняя скорость частиц не растёт — температура не меняется.
Внутренняя энергия (PHY8-009) жидкости при 0 °C больше, чем у льда той же массы при 0 °C. При отвердевании частицы снова выстраиваются в решётку — эта энергия выделяется.
Вопрос: «Почему вода при 0 °C обжигает холодом слабее, чем лёд при 0 °C?» — пусть ответят сами на следующем уроке (связь с удельной теплотой плавления, PHY8-015).

R02.10

График нагревания и охлаждения

Нафталин: плавится и отвердевает при 80 °C

ABнагревание твёрдого

BCплавление (тв. + ж.)

CDнагревание жидкости

DEохлаждение жидкости

EFотвердевание

FGохлаждение твёрдого

t_{пл} = t_{отв}

Участки открываются по щелчку синхронно с подписями. Вопрос к каждому: «Какое состояние? Получает или отдаёт энергию? Меняется ли температура?»
Главный вывод: вещество отвердевает при той же температуре, при которой плавится; на участке отвердевания EF температура постоянна, тело отдаёт энергию.
Ответы на вопросы по графику: плавление длилось 10 − 4 = 6 мин; отвердевание 24 − 18 = 6 мин; при τ = 12 мин нафталин жидкий, при τ = 28 мин — твёрдый.

R02.10 · R01.5

Сравним

Кристаллы плавятся, аморфные — размягчаются

кристаллические

лёд, металлы, соль: есть $t_{пл}$

аморфные

воск, стекло, пластилин: нет $t_{пл}$

Опыт-сравнение (вид деятельности ФРП): кусочек воска или пластилина на тёплой батарее или в тёплой воде становится мягче постепенно; определённой температуры, при которой он «вдруг» становится жидким, нет. На графике нет горизонтального участка.
Причина (R01.5): в аморфных телах нет кристаллической решётки, частицы расположены беспорядочно — разрушать нечего.
Вопрос: «Как по графику узнать, кристаллическое тело или аморфное?» (есть горизонтальный участок — кристаллическое).

R02.10 · EL-6.19

В жизни и технике

Где используют плавление и кристаллизацию

Литьё

металл плавят, заливают в форму — он отвердевает

Солевая грелка

раствор кристаллизуется и отдаёт тепло

Сверхчистые вещества

при кристаллизации примеси остаются в расплаве

Пайка

олово (232 °C) плавят паяльником, оно застывает и соединяет

Вид деятельности ФРП: «Анализ ситуаций практического применения явлений плавления и кристаллизации, например, получение сверхчистых материалов, солевая грелка и др.»
Солевая грелка: внутри — пересыщенный раствор соли (ацетата натрия). Если согнуть металлическую пластинку, начинается кристаллизация, и грелка нагревается примерно до 50 °C: при отвердевании вещество отдаёт энергию. Чтобы «зарядить» грелку снова, её кипятят — кристаллы плавятся (растворяются).
Сверхчистые материалы (кремний для микросхем): узкую зону слитка расплавляют и медленно передвигают; при кристаллизации примеси переходят в жидкость и уносятся к концу слитка. Вопрос: «Почему для пайки берут олово, а не медь?» (низкая t пл, 232 °C).

R02.10

Осторожно

Типичные ошибки

Неверно	Верно
при плавлении температура льда растёт	у кристалла $t$ постоянна, пока всё не расплавится
на горизонтальном участке тело не получает энергию	получает: энергия идёт на разрушение решётки
при отвердевании тело поглощает энергию	отдаёт энергию окружающим телам
лёд плавится при 0 °C, а вода замерзает при −1 °C	$t_{пл} = t_{отв}$ — для одного вещества
стекло плавится при определённой $t$	аморфное — размягчается постепенно

R02.10

Закрепление · образец

Читаем график: что это за вещество?

1) Какое вещество? (см. таблицу $t_{пл}$ )

232 °C → олово

2) Сколько длилось плавление?

8 − 3 = 5 мин

3) Состояние при $τ = 2$ , 5 и 10 мин?

тв. · тв. + ж. · ж.

R02.10

Закрепление

Решите

1базаРтуть плавится при −39 °C. В каком состоянии она при −40 °C? при 20 °C?

2базаКакие металлы из таблицы можно расплавить в алюминиевой кастрюле?

3базаПочему температура смеси льда и воды 0 °C, пока лёд не растает?

4повыш.Сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 2 кг льда от −15 °C до начала плавления?

c = 2100

Дж/(кг·°C)

5повыш.Можно ли расплавить медь в железном тигле? А железо в медном?

6практикаЗачем в мороз в овощехранилище ставят кадки с водой?

Ответы: 1) −40 °C < −39 °C — твёрдая; 20 °C > −39 °C — жидкая. 2) Олово (232 °C) и свинец (327 °C): их t пл ниже, чем у алюминия (660 °C). 3) Энергия идёт на разрушение кристаллической решётки, средняя скорость частиц не растёт.
4) Начало плавления — 0 °C; Δt = 0 − (−15) = 15 °C; Q = cmΔt = 2100 · 2 · 15 = 63 000 Дж = 63 кДж. 5) Медь — можно: 1085 °C < 1539 °C; железо в медном — нельзя: тигель расплавится раньше. 6) Вода, замерзая, отдаёт энергию; пока она отвердевает, температура рядом держится около 0 °C, а овощи замерзают при более низкой температуре (около −1…−2 °C).
Задания 1–3 — все; 4–6 — по готовности. Ошибка в 4): взять Δt = −15 или нагреть «до 15 °C».

R02.10 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 14: график охлаждения

14На графике — зависимость температуры от времени при равномерном охлаждении вещества, вначале жидкого. Выберите два верных утверждения.

Температура отвердевания вещества 80 °C.
Кристаллизация длилась 15 мин.
От 5 до 15 мин вещество было и в жидком, и в твёрдом состоянии.
Во время кристаллизации внутренняя энергия не менялась.
Через 18 мин вещество было жидким.

Ответ:

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Что такое плавление и отвердевание?
Почему при плавлении $t$ не меняется?
Чем аморфное тело отличается от кристалла?

Домашнее задание

Постройте график: $τ = 0, 2, 4, 6, 8$ мин; $t = 60, 80, 80, 80, 90^{\circ} C$ . Что это за вещество?
Найдите дома пример кристаллизации
Тренажёр:
reknow.ru/8/physics/8_physics_teplota.htm

Рефлексия: плавление — переход из твёрдого в жидкое, отвердевание — обратный; t постоянна, так как энергия идёт на разрушение решётки; у аморфных тел нет t пл, они размягчаются постепенно.
Ответ ДЗ: горизонтальный участок на 80 °C (от 2 до 6 мин) — нафталин; плавление длилось 4 мин. Пример кристаллизации: лёд в морозилке, застывший воск свечи, иней.
Следующий урок — PHY8-015 «Удельная теплота плавления; парообразование и конденсация»: сколько энергии нужно, чтобы расплавить тело, — формула Q = λm.

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-014 · Плавление и отвердевание кристаллических веществ

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R02 «1.2 Тепловые процессы», 21 ч · урок 7/21 · тип Н (новый материал)
Единицы → слайды	R02.10 «Плавление и отвердевание кристаллических веществ» → 2, 4–16 · повторение R01.4, R01.5, R02.6–R02.7 → 3, 10, 14
Результаты	REQ-1.1 (понятия) → 2, 5, 7, 12, 16 · REQ-1.2 (различать явления по опыту) → 4, 10, 12 · REQ-1.4 (величины, графики зависимостей) → 6, 7, 9, 13–16 · REQ-1.6 (объяснение в 1–2 шага) → 8, 11, 14 · REQ-1.9 (опыт) → 4, 6 · REQ-1.13 (ТБ) → 4 (заметки)
Элементы	EL-6.11 (плавление и отвердевание) → 4–16 · EL-6.2 (кристаллические и аморфные тела) → 3, 10
Виды деятельности	«Наблюдение процесса плавления кристаллического вещества, например, льда» → 4, 6 · «Сравнение процессов плавления кристаллических тел и размягчения при нагревании аморфных тел» → 10 · «Объяснение явлений плавления и кристаллизации на основе атомно-молекулярного учения» → 8 · «Анализ ситуаций практического применения явлений плавления и кристаллизации» → 11
ОГЭ	линия 14 (графики) → 15
Вне урока	удельная теплота плавления, Q = λm — PHY8-015 (R02.11); парообразование и конденсация — R02.12; испарение, кипение — PHY8-016…PHY8-017; измерение удельной теплоты плавления льда — позже в строке R02
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending

Плавление и отвердевание кристаллических веществ

Сегодня вы научитесь

Использовать понятия

Читать и строить график

Объяснять плавление

Различать тела

Как расположены частицы в веществе

твёрдое

жидкое

газ

Как меняется температура тающего льда?

Плавление и отвердевание

Пока лёд тает, температура не меняется

У каждого вещества своя tпл​

Энергия идёт на разрушение решётки

Нафталин: плавится и отвердевает при 80 °C

Кристаллы плавятся, аморфные — размягчаются

кристаллические

аморфные

Где используют плавление и кристаллизацию

Литьё

Солевая грелка

Сверхчистые вещества

Пайка

Типичные ошибки

Читаем график: что это за вещество?

Решите

ОГЭ, линия 14: график охлаждения

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Домашнее задание

PHY8-014 · Плавление и отвердевание кристаллических веществ

У каждого вещества своя $t_{пл}$