Тепловые процессы · урок 17 из 21 · практикум

Практикум: внутренняя энергия

Физика · 8 класс · базовый уровень
ФРП «Физика» (базовый уровень), Москва – 2025 · строка R02 · PHY8-024

Паспорт: R02 «1.2 Тепловые процессы» (21 ч), урок 17/21, единица R02.3 «Внутренняя энергия». Тип урока — П (практикум). Новая теория была на уроке PHY8-009; сегодня — четыре типа заданий по образцу.
Хронометраж (45 мин): цели и актуализация 4 мин (сл. 2–3) · тип 1 «сравнение» 5 (сл. 4–5) · тип 2 «изменилась ли U» 5 (сл. 6–7) · тип 3 «расчёт» 8 (сл. 8–9) · тип 4 «график» 4 (сл. 10) · ошибки 2 (сл. 11) · опыт 3 (сл. 12) · самостоятельная работа 7 (сл. 13) · ОГЭ 3 (сл. 14) · итог и ДЗ 4 (сл. 15).
Если не успеваете: опыт со сл. 12 дать домой (нужна только бутылка с песком и термометр), задания 5–6 со сл. 13 — в ДЗ.
Оборудование: пластиковая бутылка 0,5 л с сухим песком (на треть), термометр или цифровой датчик температуры, кусок пластилина.

R02.3

Цели практикума

Сегодня вы научитесь

Сравнивать

внутреннюю энергию тел по температуре, массе и состоянию (REQ-1.4)

Распознавать

изменение внутренней энергии в жизни и в опыте (REQ-1.3, REQ-1.9)

Рассчитывать

какая механическая энергия перешла во внутреннюю (REQ-1.7)

Читать график

$t (τ)$ : на каком участке $U$ растёт, а на каком убывает (ПР-1)

REQ-1.3: «распознавать проявление изученных физических явлений в окружающем мире…». REQ-1.4: «описывать изученные свойства тел и физические явления, используя физические величины…». REQ-1.7: «решать расчетные задачи в 2–3 действия, используя законы и формулы…». REQ-1.9: «проводить опыты по наблюдению физических явлений…». ПР-1 (фрагмент): «фиксировать результаты полученной зависимости в виде таблиц и графиков, проводить выводы по результатам исследования».
Элемент кодификатора EL-6.7 «Внутренняя энергия…»; расчёт опирается на EL-6.16 «Закон сохранения и превращения энергии в тепловых процессах».

повторение: R02.1–R02.3

Вспомним

Внутренняя энергия — энергия частиц тела

U = E_{к} + E_{п}

частиц тела, в джоулях

Зависит от: температуры $t$ , массы $m$ , агрегатного состояния

Не зависит от: высоты $h$ и скорости $v$ тела как целого

4 мин вместе с целями. Вопросы: «Из чего складывается внутренняя энергия?» (кинетическая энергия движения частиц + потенциальная энергия их взаимодействия). «В каких единицах?» (Дж). «Может ли U быть равна нулю?» (нет).
По рисунку: у горячей воды частицы движутся быстрее (R02.2) — их кинетическая энергия больше, значит, больше и U. Это верно только при равных массах одного вещества в одном состоянии — тип 1 сегодня.
Карточки «зависит / не зависит» — опора на весь урок; оставить на доске.

R02.3 · тип 1

Тип 1 · образец

Как сравнить внутреннюю энергию двух тел

Правило: сравнивать по температуре можно, только если остальные признаки (вещество, состояние, масса) одинаковы. Если отличается один признак — вывод по нему.
Объяснение для класса: в бруске 2 частицы движутся быстрее, их кинетическая энергия больше, число частиц то же — значит, U₂ > U₁.
Вопрос: «А если бы брусок 2 был массой 0,1 кг?» — простым сравнением не решить: у него выше t, но в 10 раз меньше частиц. Такие пары в задачах базового уровня не дают.

R02.3 · тип 1

Тип 1 · ваша очередь

У какого тела внутренняя энергия больше?

тело 1	тело 2	U больше	признак
1 кг воды, 20 °C	1 кг воды, 50 °C	у 2	t выше
стакан воды 0,2 кг, 20 °C	ведро воды 10 кг, 20 °C	у 2	m больше — частиц больше
1 кг льда, 0 °C	1 кг воды, 0 °C	у 2	жидкость: частицы не в решётке
гиря 1 кг на столе, 20 °C	такая же гиря падает, 20 °C	равны	скорость тела на U не влияет
1 кг льда, −5 °C	1 кг воды, 0 °C	у 2	и t выше, и жидкость

R02.3 · тип 2

Тип 2 · образец

Изменилась ли внутренняя энергия? Ищем признак

R02.3 · тип 2 · REQ-1.3

Тип 2 · ваша очередь

Внутренняя энергия: больше, меньше или так же?

ситуация	U	признак
Мороженое тает в руке	↑ больше	твёрдое → жидкое
Вода в луже замерзает при 0 °C	↓ меньше	жидкость → лёд
Сверло нагрелось при сверлении	↑ больше	t выросла
Сумку с гирей подняли на лифте на 5-й этаж	= так же	изменилась только h
Лужа высохла на солнце	↑ больше	вода → пар

R02.3 · тип 3 · REQ-1.7

Тип 3 · образец

Шарик пластилина упал и прилип: на сколько выросла U?

m = 200 г = 0, 2 кг

h = 1, 5 м

g = 10 Н / кг

Δ U - ?

$Δ U = E_{п}$ $E_{п} \to U$

$E_{п} = m g h$

$Δ U = 0, 2 \cdot 10 \cdot 1, 5$

$Δ U = 3 Дж$

Шаг 1 — физика задачи: шарик остановился и не отскочил, механическая энергия «исчезла» — по закону сохранения энергии она перешла во внутреннюю энергию шарика и пола (PHY8-021). Сопротивление воздуха и звук не учитываем.
Проверка единиц: кг · Н/кг · м = Н · м = Дж ✓. Порядок величины: 3 Дж — мало, шарик нагреется на доли градуса; поэтому на опыте нужен чувствительный датчик.
Ошибка: подставить m = 200 (граммы) — получится 3000 Дж. Всегда переводить в СИ в «Дано».

R02.3 · тип 3 · REQ-1.7

Тип 3 · образец и ваша очередь

Шайба скользит и останавливается

m = 0, 16 кг

v = 10 м / с

Δ U - ?

$Δ U = E_{к} = \frac{m v ^{2}}{2}$

$Δ U = \frac{0 , 16 \cdot 1 0 ^{2}}{2} = 8 Дж$

Трение: кинетическая энергия шайбы → внутренняя энергия шайбы и льда

Ваша очередь

Мяч массой 0,5 кг упал с высоты 2 м и отскочил на 1,2 м. Какая энергия перешла во внутреннюю?

Δ U = m g (h_{1} - h_{2})

Образец: кинетическая энергия шайбы при торможении из-за трения перешла во внутреннюю энергию шайбы и льда. 0,16 · 100 / 2 = 8 Дж. Проверка единиц: кг · м²/с² = Дж ✓.
Ваша очередь (2 мин): ΔU = 0,5 · 10 · (2 − 1,2) = 0,5 · 10 · 0,8 = 4 Дж. Внизу и вверху (в верхних точках) мяч покоится, значит, потеря механической энергии = разность потенциальных энергий.
Типичная ошибка: взять mgh₁ = 10 Дж — забыли, что мяч отскочил и часть энергии осталась механической. Формулу в рамке открыть, только если класс затрудняется.

R02.3 · тип 4 · ПР-1

Тип 4 · образец

Лёд нагревают: где на графике растёт U?

AB — лёд греется: t ↑ → U ↑

BC — лёд тает, t = 0 °C, но U ↑

CD — вода греется: t ↑ → U ↑

Вещество всё время получает энергию — U растёт на всех трёх участках.

R02.3

Осторожно

Типичные ошибки в задачах

Где ошибаются	Неверно	Верно
t не меняется	лёд тает при 0 °C — U та же	U растёт: лёд → вода
разные массы	у капли кипятка U больше, чем у ведра воды	у ведра: частиц гораздо больше
движение тела	мяч подбросили — U выросла	выросла $E_{п}$ мяча
единицы	$m = 200$ — подставили граммы	$m = 0, 2 кг$
мяч отскочил	$Δ U = m g h_{1}$	$Δ U = m g (h_{1} - h_{2})$

R02.3 · опыт · REQ-1.9

Практика · опыт

Встряхиваем песок: растёт ли его внутренняя энергия?

Измерьте температуру песка $t_{1}$ .
Закройте бутылку и энергично встряхивайте 2 мин.
Сразу измерьте $t_{2}$ , найдите $Δ t = t_{2} - t_{1}$ .
Сделайте вывод о внутренней энергии песка.

$t_{1}$ , °C	$t_{2}$ , °C	$Δ t$ , °C	U

3 мин, демонстрация (2 ученика по очереди трясут бутылку). Ожидаемо Δt ≈ 1–3 °C; лучше — цифровой датчик температуры (точность 0,1 °C). Термометр вставлять в песок, а не держать бутылку в ладонях — ладони сами нагреют песок.
Вывод: t песка выросла → U песка увеличилась. Механическая энергия движения песчинок при ударах и трении перешла во внутреннюю.
Техника безопасности (REQ-1.13): стеклянный термометр — только с пластиковой бутылкой, не встряхивать вместе с термометром. Если времени нет — опыт в ДЗ с бытовым термометром.

R02.3

Самостоятельная работа

Решите

1базаУ какой воды внутренняя энергия больше: 2 кг при 30 °C или 1 кг при 30 °C? Почему?

2базаКастрюлю с водой поставили в холодильник. Как изменилась U воды? По какому признаку?

3базаСамолёт набрал высоту и скорость, температура обшивки не изменилась. Изменилась ли U обшивки?

4повыш.Молот массой 2 кг упал с высоты 1,5 м на свинцовую пластину и не отскочил. На сколько выросла U молота и пластины?

5повыш.Пуля массой 9 г летела со скоростью 400 м/с и застряла в доске. Какая энергия перешла во внутреннюю?

6практикаПочему шляпка гвоздя нагревается заметнее, когда гвоздь уже забит до конца и по нему продолжают бить?

Ответы: 1) У 2 кг: вещество, состояние и t одинаковы, а частиц вдвое больше. 2) Уменьшилась: температура воды понизилась. 3) Нет: изменилась механическая энергия самолёта, признаков изменения U нет.
4) ΔU = mgh = 2 · 10 · 1,5 = 30 Дж. 5) m = 9 г = 0,009 кг; ΔU = mv²/2 = 0,009 · 400² / 2 = 0,009 · 160 000 / 2 = 720 Дж. 6) Пока гвоздь входит в доску, энергия молотка идёт на его перемещение (работу против трения о древесину). Когда гвоздь неподвижен, вся механическая энергия молотка при ударе переходит во внутреннюю энергию шляпки и молотка.
Задания 1–4 — все; 5–6 — по готовности или в ДЗ. Взаимопроверка в парах по ответам.

R02.3 · ОГЭ

В формате ОГЭ

ОГЭ, линия 14: график, выберите два верных

14На графике — зависимость температуры вещества от времени при его охлаждении. Сначала вещество было жидким.

На участке, где t = 0 °C, внутренняя энергия не менялась.
Внутренняя энергия вещества всё время уменьшалась.
Через 10 мин вещество было частично жидким, частично твёрдым.
Температура отвердевания вещества 40 °C.
Через 18 мин вещество было жидким.

Ответ:

Ответ: 23. Пояснение: вещество всё время отдаёт энергию (охлаждается, затем отвердевает, затем охлаждается твёрдое) — U уменьшается на всех участках (2 верно, 1 неверно). На горизонтальном участке 6–16 мин идёт отвердевание при 0 °C — в момент 10 мин есть и жидкость, и твёрдое тело (3 верно). Температура отвердевания 0 °C, а не 40 °C (4 неверно). На 18-й мин вещество уже твёрдое и охлаждается (5 неверно).
Критерии: 2 балла — оба верных номера в любом порядке; 1 балл — одна ошибка (один номер неверный или указан лишний); 0 — две ошибки и более.
Связь со сл. 10: это «зеркальный» график — там U росла везде, здесь везде убывает.

рефлексия · ДЗ

Итог урока

Проверьте себя и потренируйтесь

Ответьте одной фразой

В каком порядке сравнивать U двух тел?
По каким двум признакам видно, что U изменилась?
Какой тип задач сегодня самый трудный?

Домашнее задание

Камень 3 кг упал с высоты 5 м и не отскочил: найдите ΔU
* Санки 10 кг съехали с горки высотой 4 м и остановились внизу. Какая энергия перешла во внутреннюю?
Тренажёр:
reknow.ru/8/physics/8_physics_teplota.htm

Рефлексия: вещество и состояние → масса → температура; признаки — изменилась температура или агрегатное состояние; высота и скорость тела — не признаки.
Ответы ДЗ: ΔU = mgh = 3 · 10 · 5 = 150 Дж. Санки начали движение из покоя и остановились: ΔU = mgh = 10 · 10 · 4 = 400 Дж (санки, снег и воздух нагрелись).
Следующий практикум — PHY8-025 «Способы изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение работы». Опыт с песком (если не успели) — как подготовка: это пример совершения работы.

Паспорт соответствия · скрытый слайд

PHY8-024 · Практикум: 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 17/21 · тип П (практикум)
Единицы → слайды	R02.3 «Внутренняя энергия» → 2–15 · повторение R02.1–R02.2 → 3; опора на R02.10, R02.12, R02.20 → 5, 7, 8–10, 14
Результаты	REQ-1.3 → 6–7, 13 · REQ-1.4 → 3–5, 13 · REQ-1.7 → 8–9, 13, 15 · REQ-1.9, REQ-1.13 → 12 · ПР-1 (таблицы и графики) → 10, 12, 14 · EL-6.7, EL-6.16
Вне урока	способы изменения U (теплопередача, работа) и виды теплопередачи — PHY8-025; количество теплоты — PHY8-026; удельная теплоёмкость — PHY8-027; обобщение R02 — PHY8-028
Проверки	автопроверка: pending · методист: pending