Тепловые процессы · урок 10 из 21

Кипение

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R02 · PHY8-017

Паспорт: R02 «1.2 Тепловые процессы» (21 ч), урок 10/21, единица R02.14 «Кипение». Тип урока — Н (новый материал).
Хронометраж: цели и актуализация 6 мин (сл. 2–3) · проблема и новый материал 16 (сл. 4–11) · закрепление 18 (сл. 12–15) · рефлексия 3 и ДЗ 2 (сл. 16). Если не успеваете — опыт со сл. 10 показать по рисунку, задания 5–6 со сл. 14 — в ДЗ.
Оборудование: колба или стеклянный стакан из термостойкого стекла, спиртовка или электроплитка, термометр (0–100 °C), штатив, секундомер; для сл. 10 — колба с пробкой, трубка, большой шприц или насос Комовского.

R02.14

Цели урока

Сегодня вы научитесь

Использовать понятия

«кипение» и «температура кипения» (REQ-1.1)

Различать явления

кипение и испарение по их свойствам (REQ-1.2)

Объяснять

кипение и зависимость $t_{кип}$ от давления (REQ-1.6)

Читать график

нагревания и кипения $t (τ)$ (REQ-1.4)

REQ-1.1: «использовать понятия»; REQ-1.2: «различать явления по описанию их характерных свойств и на основе опытов, демонстрирующих данное физическое явление»; REQ-1.6: «объяснять физические процессы и свойства тел…»; REQ-1.4: «описывать изученные свойства тел и физические явления, используя физические величины…». Элемент содержания EL-6.12.
Виды деятельности ФРП: «Наблюдение и объяснение процесса кипения, в том числе зависимости температуры кипения от давления»; «Зависимость температуры кипения от атмосферного давления».

повторение: R02.12–R02.13

Вспомним

Испарение: частицы вылетают с поверхности

Почему при испарении жидкость охлаждается?
От чего зависит скорость испарения?
Сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 1 кг воды от 20 °C до 100 °C?

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

R02.14

Проблема

Огонь горит, а температура не растёт. Почему?

R02.14 · опыт

Наблюдаем опыт

Как вода закипает

Демонстрация (≈ 5 мин, можно параллельно с объяснением): нагреваем воду в стеклянном сосуде, термометр в воде, отмечаем температуру при каждой стадии. Числа 40 °C и 90 °C — ориентировочные.
1) Сначала выделяется растворённый в воде воздух — мелкие пузырьки на дне и стенках. 2) Внизу вода горячее: в пузырьки испаряется вода, они растут и всплывают, но в холодных верхних слоях пар конденсируется — пузырёк схлопывается, вода «шумит». 3) Вся вода прогрелась: пузырьки пара растут при подъёме и лопаются на поверхности — вода кипит.
Техника безопасности (REQ-1.13): сосуд из термостойкого стекла, не наклоняться над кипящей водой, пар обжигает сильнее кипятка.

R02.14

Модель

Что внутри пузырька? Пар!

1

Вода испаряется внутрь пузырька.

2

Давление пара ≥ внешнего → пузырёк растёт.

3

Выталкивающая сила поднимает его, пар выходит наружу.

Объяснение на основе молекулярного строения (вид деятельности ФРП «объяснение процесса кипения»): пузырёк — маленькая «поверхность» внутри жидкости; с его стенок частицы воды переходят в пар. Поэтому при кипении парообразование идёт по всему объёму.
Пузырёк не сжимается, если давление пара внутри не меньше внешнего давления (атмосферное + давление слоя воды). При нагревании давление пара растёт; когда оно сравнивается с внешним — начинается кипение.
Выталкивающая (архимедова) сила — из 7 класса. Вопрос: почему пузырьки увеличиваются при подъёме? (В них продолжает испаряться вода, а давление слоя воды над ними уменьшается.)

R02.14

Новое понятие

При кипении температура не меняется

Кипение — интенсивное парообразование по всему объёму жидкости с образованием пузырьков пара.

Температура кипения

t_{кип}

— температура, при которой жидкость кипит.

Пока жидкость кипит, её температура не меняется.

Ответ на вопрос сл. 4: энергия, которую получает кипящая вода, идёт не на повышение температуры, а на превращение воды в пар (сколько именно — следующий урок PHY8-018, удельная теплота парообразования L).
По графику: АБ — нагревание воды от 20 °C до 100 °C (8 мин); БВ — кипение при 100 °C (вода и пар одновременно). Вопрос: что происходит с внутренней энергией на участке БВ? (Увеличивается: вода получает энергию, переходит в пар.)
Сравнить с графиком плавления (PHY8-014): там тоже горизонтальный участок — температура постоянна во время перехода из одного состояния в другое.

R02.14

Справочные данные

У каждой жидкости своя температура кипения

вещество	$t_{кип}$ , °C
водород	−253
кислород	−183
эфир	35
спирт	78
вода	100
ртуть	357
свинец	1740
железо	2750

при нормальном атмосферном давлении

Значения — как в таблице учебника (при нормальном атмосферном давлении 101,3 кПа = 760 мм рт. ст.).
Вопросы: какое вещество закипит на ладони (≈ 36 °C)? (Эфир, 35 °C — поэтому с ним работают осторожно.) Почему кислород при комнатной температуре — газ? (Его t_кип = −183 °C, «кипит» уже на морозе.) Можно ли вскипятить свинец в железном тигле? (Нет: железо плавится при 1539 °C, раньше, чем свинец закипит.)
Шкала термометра слева — от −100 до 400 °C; водород, свинец и железо в неё не помещаются — только в таблице.

R02.14

Закономерность

Температура кипения воды зависит от давления

Давление меньше — вода кипит при более низкой температуре.

В горах продукты варятся дольше.

В скороварке давление выше — варится быстрее.

Вид деятельности ФРП: «Зависимость температуры кипения от атмосферного давления». Объяснение (сл. 6): пузырёк растёт, когда давление пара в нём сравнивается с внешним; если внешнее давление меньше, это происходит при более низкой температуре.
Ответ на интригу сл. 4: на вершине Эльбруса (5642 м) давление ≈ 50 кПа, вода кипит при ≈ 82 °C. На Эвересте (8849 м) ≈ 34 кПа → ≈ 71 °C. В скороварке ≈ 200 кПа → ≈ 120 °C. Медицинские автоклавы стерилизуют инструменты при повышенном давлении (≈ 120–130 °C).
Вопрос по графику: при каком давлении вода кипит при 90 °C? (≈ 70 кПа.) Ещё применение: сгущённое молоко и сахар выпаривают при пониженном давлении — при ≈ 60 °C продукт не пригорает.

R02.14 · опыт

Опыт

Вода кипит без нагревания

Налить в колбу воду при 70 °C, закрыть пробкой.
Откачать шприцем воздух над водой.
Наблюдать: вода закипела, хотя не нагревалась.

Вывод: при пониженном давлении

t_{кип}

ниже.

Вид деятельности ФРП: «Наблюдение и объяснение процесса кипения, в том числе зависимости температуры кипения от давления». Демонстрационно (≈ 4 мин): колба из термостойкого стекла, большой шприц (60–150 мл) или насос Комовского. Если шприц маленький — воду берите горячее (80–85 °C).
Объяснение: насос уменьшает давление над водой; по графику сл. 9 при давлении ≈ 31 кПа вода кипит при 70 °C. Вода при кипении остывает, кипение прекращается — можно откачать ещё раз.
Вариант без насоса (опыт «кипение от холода»): колбу с только что кипевшей водой закрыть, перевернуть и полить холодной водой — пар внутри конденсируется, давление падает, вода снова кипит. Техника безопасности: перчатки, защитный экран, колбу не трясти (REQ-1.13).

R02.13 · R02.14

Сравним

Испарение и кипение — два вида парообразования

признак	испарение	кипение
где идёт	только с поверхности	по всему объёму, пузырьки
температура	при любой	при $t_{кип}$
t жидкости	понижается	не меняется
скорость	медленно	интенсивно
давление	—	меньше p → ниже $t_{кип}$

R02.14 · повторение R02.6

Образец решения

Сколько теплоты нужно, чтобы довести воду до кипения?

1,5 кг воды, 20 °C. Нагреть до кипения:
а) в городе: $t_{кип} = 100$ °C; б) в горах: $t_{кип} = 80$ °C.

а) $Q = 4200 \cdot 1, 5 \cdot (100 - 20) = 504000$ Дж

б) $Q = 4200 \cdot 1, 5 \cdot (80 - 20) = 378000$ Дж

В горах закипит быстрее, но варить дольше: 80 °C < 100 °C.

R02.14

Осторожно

Типичные ошибки

Неверно	Верно
сильнее огонь — горячее кипяток	$t_{кип}$ та же, пар образуется быстрее
вода всегда кипит при 100 °C	только при нормальном давлении
в пузырьках кипящей воды — воздух	в пузырьках — водяной пар
облачко над чайником — пар	пар невидим, облачко — капельки воды
при кипении энергия не нужна	нужна: без нагревания кипение прекращается

R02.14

Закрепление

Решите

1базаВода в кастрюле кипит при 100 °C. Огонь увеличили. Изменится ли температура воды? Почему?

2базаПробирки со спиртом и с эфиром опустили в воду при 50 °C. Какая жидкость закипит? (Таблица, сл. 8.)

3базаСколько теплоты нужно, чтобы нагреть 3 кг воды от 10 °C до кипения при нормальном давлении?

4повыш.Алюминиевая кастрюля массой 0,5 кг с 2 кг воды нагрета от 20 °C до кипения (100 °C). Сколько теплоты получено?

5повыш.По графику (сл. 9) найдите температуру кипения воды при давлении 70 кПа.

6практикаПочему в скороварке мясо варится в 2–3 раза быстрее, чем в обычной кастрюле?

R02.14 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 14: анализ графика

14Жидкость нагревали в открытом сосуде. На рисунке — график зависимости её температуры от времени. Выберите два верных утверждения.

Температура кипения жидкости 80 °C.
На участке БВ вещество только в газообразном состоянии.
На участке БВ внутренняя энергия вещества не меняется.
Кипение продолжалось 8 мин.
За первые 6 мин температура выросла на 80 °C.

Ответ:

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

Чем кипение отличается от испарения?
Почему при кипении температура постоянна?
Как $t_{кип}$ зависит от давления?

Домашнее задание

Сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 0,5 кг воды от 20 °C до кипения?
Объясните, почему в горах трудно сварить мясо.
Тренажёр:
reknow.ru/8/physics/8_physics_teplota.htm

Рефлексия: кипение идёт по всему объёму с пузырьками пара при определённой температуре; энергия идёт на образование пара; чем меньше давление, тем ниже t_кип.
Ответы ДЗ: 1) Q = 4200 · 0,5 · 80 = 168 000 Дж = 168 кДж. 2) Давление в горах ниже, вода кипит при 80–85 °C; выше этой температуры её не нагреть, а мясу нужна более высокая температура.
Следующий урок — PHY8-018 «Удельная теплота парообразования; Энергия топлива»: сколько энергии нужно, чтобы превратить жидкость в пар (участок БВ графика), Q = Lm.

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-017 · Кипение

Поле	Значение
ФРП	«Физика» (базовый уровень), 7–9 кл., Москва – 2025 · 8 класс
Строка, урок	R02 «1.2 Тепловые процессы», 21 ч · урок 10/21 · тип Н (новый материал)
Единицы → слайды	R02.14 «Кипение» → 2, 4–16 · повторение R02.12–R02.13 → 3, 11 · R02.6 (количество теплоты) → 3, 12, 14
Результаты	REQ-1.1 (понятия) → 2, 7, 8 · REQ-1.2 (различать явления) → 5, 11, 13 · REQ-1.6 (объяснение) → 6, 9, 10, 14 · REQ-1.4 (величины, график) → 7, 9, 15 · REQ-1.7 (задачи в 2–3 действия) → 12, 14 · REQ-1.13 (техника безопасности) → 5, 10 · REQ-1.16 (практическое применение) → 9, 13
Элементы	EL-6.12 «… Кипение. … Зависимость температуры кипения от атмосферного давления» → 4–16
Виды деятельности	«Наблюдение и объяснение процесса кипения, в том числе зависимости температуры кипения от давления» → 5, 6, 10 · «Зависимость температуры кипения от атмосферного давления» → 9, 10
ОГЭ	линия 14 (графики, таблицы и схемы) → 15
Вне урока	удельная теплота парообразования, Q = Lm — PHY8-018; конденсация с выделением энергии — PHY8-018; влажность воздуха — по плану строки R02; насыщенный пар — не вводится
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending