Плавление и отвердевание кристаллических тел - Изменение агрегатных состояний вещества

Цели: научить учащихся понимать суть таких тепловых явлений, как плавление и кристаллизация; изучить особенности в поведении вещества при переходе из твердого состояния в жидкое и обратно.

Демонстрации: исследование зависимости температуры смеси «лед - вода» от времени при плавлении; наблюдение за процессами плавления и кристаллизации твердых тел.

Ход урока

I. Повторение изученного

Повторение материала можно провести в виде опроса по карточкам: учитель заранее готовит два варианта карточек с 5-6 качественными задачами по изученной теме. Примером таких заданий могут быть:

Вариант I

- Что происходит с внутренней энергией пара при конденсации?

- Лед, который плавили в воде, имеет температуру 0 °С. Будет ли таять лед?

- Какой процесс перехода соответствует переходу вещества из газа в жидкость?

- Как меняется энергия вещества в процессе плавления твердого тела?

- Почему при одинаковой температуре самая высокая внутренняя энергия у пара?

- Приведите примеры десублимации.

- Какие агрегатные состояния вещества вы знаете?

Вариант II

- Что такое конденсация?

- Как изменяется внутренняя энергия вещества при испарении?

- Что такое сублимация? Приведите примеры.

- Примеры применения переходов из одного агрегатного состояния в другое в технике.

- Может ли вещество одновременно находиться в трех агрегатных состояниях?

- Как изменяется скорость молекул вещества при переходе из жидкого состояния в твердое?

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Демонстрация плавления льда.

2. Температура плавления; температура кристаллизации.

1. Рассмотрение нового материала очень удобно начать с демонстрации опыта по плавлению льда на спиртовке. Термометр, опущенный в сосуд со льдом, показывает текущую температуру, а секундомер фиксирует время процесса.

При этом легко обнаружить, что на начальном этапе нагревание льда происходит с ростом его температуры. Так он нагревается до 0 °С. Затем мы наблюдаем процесс плавления, который идет при постоянной температуре 0 °С. Через определенное время весь лед превращается в воду. Только после этого температура воды начинает подниматься.

На доске можно построить график зависимости температуры от времени нагрева (рис. 5). Участок АВ - нагрев льда. Вся энергия идет на увеличение внутренней энергии вещества. Колебания молекул льда увеличиваются.

Участок ВС - плавление льда.

Этот процесс во времени более длительный, чем нагрев льда, и он идет при постоянной температуре. Все количество теплоты уходит на разрушение кристаллических решеток.

Следующий участок - нагревание воды.

После демонстрации опытов по таянию льда, плавлению и отвердеванию кристаллических тел учащиеся должны твердо усвоить три следующих положения:

а) Существует температура, выше которой вещество в твердом состоянии не может находиться.

б) Температура во время плавления остается постоянной.

в) Процесс плавления требует притока энергии к плавящемуся веществу.

2. Та температура, при которой происходит переход твердого вещества в жидкое, называется температурой плавления. Температура плавления различных веществ - табличная величина.

Далее необходимо проанализировать таблицу 3 в учебнике (с. 32). Из таблицы видно, в каких пределах лежат температуры плавления различных веществ. Учитель может задать ряд вопросов по таблице:

- Какой из металлов, приведенных в таблице, самый легкоплавкий?

- Какой из металлов самый тугоплавкий?

Если сосуд с водой поместить в среду, где температура меньше 0 °С, то будет наблюдать процесс охлаждения воды с последующим отвердеванием.

Процесс кристаллизации будет идти также при постоянной температуре. Она называется температурой кристаллизации. При этом:

Таким образом, плавление и кристаллизация - два симметричных процесса. В первом случае вещество поглощает энергию извне, а во втором - отдает в окружающую среду.

Различные температуры плавления определяют области применения различных твердых тел в быту, технике. Из тугоплавких металлов изготавливают жаропрочные конструкции в самолетах и ракетах, атомных реакторах и электротехнике.

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала, можно коллективно разобрать несколько качественных задач по теме, например:

- Можно ли в алюминиевом сосуде расплавить медь? Цинк? Ответ обоснуйте.

- Какие металлы можно расплавить в медном сосуде?

- Будет ли плавиться чугунная деталь, брошенная в расплавленную медь?

- В каком состоянии (твердом или жидком) находится серебро и вольфрам при температуре 1000 °С?

- Может ли внутренняя энергия тела изменяться без изменения температуры? Приведите примеры, подтверждающие ваш ответ.

Домашнее задание

1. § 13-14 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Упражнение 7.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1055-1057.