Тепловые процессы · урок 8 из 21

Удельная теплота плавления. Парообразование и конденсация

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R02 · PHY8-015

Паспорт: R02 «1.2 Тепловые процессы» (21 ч), урок 8/21, единицы R02.11 «Удельная теплота плавления» и R02.12 «Парообразование и конденсация». Тип урока — Н.
Хронометраж: цели и актуализация 5 мин (сл. 2–3) · новый материал: λ 12 мин (сл. 4–8) · образец и опыт 7 мин (сл. 9–10) · парообразование и конденсация 8 мин (сл. 11–13) · закрепление 10 мин (сл. 14–16) · рефлексия и ДЗ 3 мин (сл. 17).
Если не хватает времени: сл. 10 (опыт) провести как лабораторную на следующем уроке, сл. 16 (ОГЭ) — в ДЗ.

R02.11 · R02.12

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Использовать понятие λ

удельная теплота плавления, единица $\frac{Дж}{кг}$ (REQ-1.1, REQ-1.4)

Рассчитывать теплоту

плавления и отвердевания: $Q = λm$ , задачи в 2 действия (REQ-1.7)

Объяснять переходы

плавление, парообразование, конденсацию — по движению молекул (REQ-1.6)

Находить λ на опыте

по уравнению теплового баланса (REQ-1.12, вид деятельности ФРП)

REQ-1.1 — «использовать понятия». REQ-1.4 — «описывать изученные свойства тел и физические явления, используя физические величины… обозначения и единицы физических величин, находить формулы, связывающие данную физическую величину с другими величинами, строить графики изученных зависимостей».
REQ-1.6 — «объяснять физические процессы… строить объяснение из 1–2 логических шагов». REQ-1.7 — «решать расчетные задачи в 2 – 3 действия…». REQ-1.12 — «проводить косвенные измерения физических величин…».
Виды деятельности строки R02: «Определение (измерение) удельной теплоты плавления льда», «Объяснение явлений плавления и кристаллизации на основе атомно-молекулярного учения», «Решение задач, связанных с вычислением количества теплоты… при плавлении и кристаллизации, испарении и конденсации», «Наблюдение явлений испарения и конденсации». Элементы EL-6.11, EL-6.12.

повторение: R02.10, R02.6

Вспомним

График нагревания и плавления льда

На каком участке лёд плавится?

BC, при t = 0 °C

Что происходит на AB и CD?

нагреваются лёд и вода

Горелка на BC работает. Почему t не растёт?

вопрос урока

5 мин вместе с целями. Опора — прошлый урок PHY8-014 «Плавление и отвердевание кристаллических веществ» и PHY8-011/012 (количество теплоты, Q = cmΔt).
Вопросы классу: что такое температура плавления (у льда 0 °C)? Почему тело нужно сначала нагреть до неё? Сколько длится плавление по графику? (6 мин — с 2-й по 8-ю.)
Последний вопрос — проблема урока; ответ не давать, переходим к сл. 4. Типичный ответ «лёд не получает энергию» — неверен: нагреватель работает всё время.

R02.11

Проблема

Энергия поступает, а температура не растёт

Энергия идёт на разрушение кристаллической решётки, а не на ускорение частиц.

R02.11

Новая величина

Удельная теплота плавления $λ$

Количество теплоты, которое нужно сообщить 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления, чтобы полностью превратить его в жидкость.

Q = λm

λ = \frac{Q}{m}, [λ] = \frac{Дж}{кг}

R02.11

Таблица учебника

λ разных веществ, $1 0^{5}$ Дж/кг

Значения — по таблице учебника (при температуре плавления, нормальное давление). Температуры плавления справа — повторение прошлого урока.
Вопросы: что означает «λ свинца = 0,25 · 10⁵ Дж/кг»? (Чтобы расплавить 1 кг свинца при 327 °C, нужно 25 000 Дж.) Какое вещество легче всего расплавить, если оно уже при температуре плавления? (ртуть, затем свинец). У какого λ больше — у льда или у меди? (у льда: 3,4 > 2,1).
Ловушка: высокая температура плавления не означает большую λ — у железа t_пл = 1539 °C, а λ меньше, чем у льда.

R02.11

Отвердевание

Сколько получил при плавлении — столько отдаёт

Погреб зимой

Ставят бак с водой: вода замерзает и отдаёт тепло — овощи не мёрзнут.

Весной

Снег тает медленно: на каждый 1 кг нужно 340 кДж.

При отвердевании (кристаллизации) вещество при той же температуре выделяет столько же энергии, сколько поглотило при плавлении: Q = λm. Знак указываем словами: «выделяется», «отдаёт».
Погреб: пока вода в баке замерзает, она отдаёт λm теплоты и температура в погребе держится около 0 °C. 100 кг воды отдадут 3,4 · 10⁷ Дж.
Вопрос: где применяют кристаллизацию? (литьё металлов, солевая грелка, получение сверхчистых материалов — вид деятельности ФРП.)

R02.11 · R02.7

Формулы на графике

Своя формула на каждом участке

Главный слайд для задач: сначала определяем, какие участки «проходит» тело, затем для каждого пишем свою формулу и складываем: Q = Q₁ + Q₂ + Q₃.
На наклонных участках меняется температура — формула Q = cmΔt (удельная теплоёмкость: льда c_л = 2100, воды c_в = 4200 Дж/(кг·°C)). На горизонтальном — температура постоянна, Δt нет — формула Q = λm.
Вопрос: почему участок CD положе, чем AB? (c воды вдвое больше, чем у льда: при той же мощности нагревателя вода нагревается на 20 °C за 4 мин, лёд — за 2 мин.)

R02.11 · REQ-1.7

Образец решения

Сколько теплоты нужно, чтобы 2 кг льда при −10 °C превратить в воду при 0 °C?

Дано:

$m = 2$ кг

$t_{1} = - 10$ °C, $t_{пл} = 0$ °C

$c_{л} = 2100 \frac{Дж}{кг \cdot ^{\circ} C}$

$λ = 3, 4 \cdot 1 0^{5} \frac{Дж}{кг}$

$Q — ?$

$Q_{1} = c_{л} m (t_{пл} - t_{1}) = 2100 \cdot 2 \cdot 10 = 42000$ Дж нагрели

$Q_{2} = λm = 3, 4 \cdot 1 0^{5} \cdot 2 = 680000$ Дж расплавили

$Q = Q_{1} + Q_{2} = 722000 Дж$

Q \approx 722 кДж

R02.11 · REQ-1.12

Опыт · вид деятельности ФРП

Измеряем удельную теплоту плавления льда

Масса воды $m_{1}$ , температура $t_{1}$
Опустить сухой лёд массой $m_{2}$
Лёд растаял — измерить $θ$
Вода отдала = лёд получил:

c m_{1} (t_{1} - θ) = λ m_{2} + c m_{2} θ

Оборудование: калориметр, мензурка (или весы), термометр, кусочки тающего льда (0 °C), фильтровальная бумага. Массу льда m₂ находят по увеличению массы воды после опыта. Техника безопасности: тёплая вода не горячее 50 °C, термометр не использовать как мешалку.
Пример данных: m₁ = 0,2 кг, t₁ = 40 °C, m₂ = 0,05 кг, θ = 16 °C. Вода отдала 4200 · 0,2 · 24 = 20 160 Дж. Талая вода нагрелась: 4200 · 0,05 · 16 = 3360 Дж. λ = (20 160 − 3360) / 0,05 = 336 000 Дж/кг ≈ 3,4 · 10⁵ Дж/кг — совпадает с таблицей.
Почему результат обычно меньше табличного: лёд мокрый (часть воды уже растаяла), калориметр отдаёт тепло воздуху. Это обсуждение погрешности (REQ-1.12).

R02.12

Новое: пар

Парообразование и конденсация

энергия поглощаетсяэнергия выделяется

Определения: парообразование — переход вещества из жидкого состояния в газообразное; конденсация — переход из газообразного состояния в жидкое (обратный процесс).
Энергия: при парообразовании жидкость получает энергию, при конденсации пар её отдаёт. Сколько именно — удельная теплота парообразования L, урок PHY8-018.
Вопрос: какая пара процессов похожа на пару «плавление — отвердевание»? Переход из твёрдого сразу в газ (сублимация) в ФРП 8 класса не изучается — не вводить.

R02.12

Почему так происходит

Что делают молекулы

Парообразование

Самые быстрые молекулы преодолевают притяжение и вылетают.

Конденсация

Молекулы пара возвращаются в жидкость.

Два вида парообразования: испарение и кипение — на следующих уроках.

Объяснение на основе молекулярного строения (вид деятельности ФРП): молекулы жидкости движутся с разными скоростями; у поверхности быстрые молекулы преодолевают притяжение соседей и вылетают — образуется пар. Молекулы пара движутся беспорядочно, часть их попадает обратно — это конденсация.
Энергия: на вылет нужна работа против сил притяжения — поэтому парообразование идёт с поглощением энергии; при возврате молекулы энергия выделяется.
Испарение (PHY8-016) — с поверхности при любой температуре; кипение (PHY8-017) — по всему объёму при температуре кипения. Сегодня только назвать.

R02.12

Конденсация вокруг нас

Где пар превращается в капли

Роса

ночью воздух у травы остывает

Облака, туман

пар остывает в холодном воздухе

Бутылка из холодильника

запотевает снаружи

«Пар» над чайником

это уже капли, пар невидим

Ожог паром сильнее, чем кипятком: при конденсации на коже выделяется энергия.

Во всех примерах водяной пар, содержащийся в воздухе, соприкасается с холодным телом или охлаждается и конденсируется в капли (наблюдение явлений конденсации — вид деятельности ФРП).
Видимое «облачко» у носика чайника — мельчайшие капли воды; у самого носика есть прозрачный промежуток — там невидимый пар.
Ожог: пар 100 °C сначала конденсируется на коже, отдавая большую энергию, а затем получившаяся вода 100 °C ещё и остывает. Кипяток отдаёт только вторую часть.

R02.11 · R02.12

Осторожно

Типичные ошибки

Где ошибаются	Неверно	Верно
формула плавления	$Q = λm Δ t$	$Q = λm$
единица λ	$\frac{Дж}{кг \cdot ^{\circ} C}$	$\frac{Дж}{кг}$
лёд при −5 °C	сразу $Q = λm$	сначала нагреть до 0 °C
конденсация	поглощает энергию	выделяет энергию

Строка 1: при плавлении температура не меняется, Δt = 0 — «Δt» в формуле бессмысленно. Строка 2: путают с удельной теплоёмкостью c.
Строка 3: Q = λm только для тела при температуре плавления. Строка 4: конденсация и отвердевание — переходы с выделением энергии.
Дополнительный вопрос: «при плавлении температура растёт» — верно ли для кристаллического вещества? (Нет, t_пл = const; у аморфных тел — размягчение без определённой температуры, PHY8-014.)

R02.11 · R02.12

Закрепление

Решите

1базаСколько теплоты нужно, чтобы расплавить 3 кг льда при 0 °C?

2базаСколько теплоты выделится при отвердевании 0,5 кг свинца при 327 °C?

3базаНа плавление 200 г меди при температуре плавления затратили 42 кДж. Найдите λ меди.

4повыш.Сколько теплоты нужно, чтобы 0,5 кг льда при −20 °C превратить в воду при 0 °C?

5практикаПочему запотевают очки, когда с мороза входишь в тёплую комнату?

6повыш.Что обладает большей внутренней энергией: 1 кг воды при 0 °C или 1 кг льда при 0 °C? На сколько?

Ответы: 1) Q = 3,4 · 10⁵ · 3 = 1,02 · 10⁶ Дж = 1020 кДж. 2) λ свинца = 0,25 · 10⁵ Дж/кг; Q = 25 000 · 0,5 = 12 500 Дж = 12,5 кДж (выделяется). 3) λ = 42 000 / 0,2 = 210 000 Дж/кг = 2,1 · 10⁵ Дж/кг — сходится с таблицей.
4) Q₁ = 2100 · 0,5 · 20 = 21 000 Дж; Q₂ = 3,4 · 10⁵ · 0,5 = 170 000 Дж; Q = 191 000 Дж = 191 кДж. Ошибка: перевод 200 г → 0,2 кг в задаче 3 и забытое нагревание в задаче 4.
5) Стёкла холодные; водяной пар тёплого воздуха комнаты охлаждается у стекла и конденсируется в капли. 6) Вода — на λm = 3,4 · 10⁵ Дж: столько энергии лёд получил при плавлении.
1–3 — все, 4–6 — по готовности. 6 — связь с внутренней энергией (R02.3).

R02.11 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 8: расчёт по графику

8На графике — зависимость температуры вещества массой 0,4 кг от полученного количества теплоты. Сначала вещество было твёрдым.

Определите удельную теплоту плавления вещества.

Ответ: кДж/кг

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Что показывает λ? Запишите формулу.
Куда идёт энергия при плавлении?
Какие переходы выделяют энергию?

Домашнее задание

Сколько теплоты нужно для плавления 5 кг железа при 1539 °C?
2 кг воды при 0 °C превратили в лёд при −10 °C. Сколько теплоты выделилось?
Тренажёр:
reknow.ru/8/physics/8_physics_teplota.htm

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-015 · Удельная теплота плавления; Парообразование и конденсация

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R02 «1.2 Тепловые процессы», 21 ч · урок 8/21 · тип Н (новый материал)
Единицы → слайды	R02.11 «Удельная теплота плавления» → 2, 4–10, 14–17 · R02.12 «Парообразование и конденсация» → 2, 11–15, 17 · повторение R02.10, R02.6–R02.7 → 3, 8
Результаты	REQ-1.1 (понятия) → 2, 5, 11, 17 · REQ-1.4 (величины, обозначения, единицы, графики) → 5, 6, 8, 14, 16 · REQ-1.6 (объяснение в 1–2 шага) → 4, 7, 12, 13, 15 · REQ-1.7 (задачи в 2–3 действия) → 9, 15, 16, 17 · REQ-1.12 (косвенные измерения) → 10
Элементы, ОГЭ	EL-6.11 → 4–10 · EL-6.12 → 11–13 · ОГЭ линия 8 (расчёт: тепловые явления) → 16
Вне урока	испарение — PHY8-016; кипение и зависимость t кипения от давления — PHY8-017; удельная теплота парообразования L и энергия топлива — PHY8-018; влажность воздуха; сублимация — не включена
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending

Удельная теплота плавления. Парообразование и конденсация

Сегодня вы научитесь

Использовать понятие λ

Рассчитывать теплоту

Объяснять переходы

Находить λ на опыте

График нагревания и плавления льда

Энергия поступает, а температура не растёт

Удельная теплота плавления λ

λ разных веществ, 105 Дж/кг

Сколько получил при плавлении — столько отдаёт

Погреб зимой

Весной

Своя формула на каждом участке

Сколько теплоты нужно, чтобы 2 кг льда при −10 °C превратить в воду при 0 °C?

Измеряем удельную теплоту плавления льда

Парообразование и конденсация

Что делают молекулы

Парообразование

Конденсация

Где пар превращается в капли

Роса

Облака, туман

Бутылка из холодильника

«Пар» над чайником

Типичные ошибки

Решите

ОГЭ, линия 8: расчёт по графику

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Домашнее задание

PHY8-015 · Удельная теплота плавления; Парообразование и конденсация

Удельная теплота плавления $λ$

λ разных веществ, $1 0^{5}$ Дж/кг