Материальные модели
Их можно увидеть как реальные предметы и взять в руки: шаростержневая модель молекулы, макет прибора, модель кристаллической решётки.
Что узнаем на уроке
Часть 1. Как химик получает знания?
От наблюдения и гипотезы — к эксперименту, модели и обоснованному выводу.
От наблюдения и гипотезы — к эксперименту, модели и обоснованному выводу.
Часть 2. Почему одно вещество бывает разным?
Как расположение и движение частиц связаны со свойствами твёрдых тел, жидкостей и газов.
Как расположение и движение частиц связаны со свойствами твёрдых тел, жидкостей и газов.
К концу занятия вы сможете составить простой план исследования, различить материальные и знаковые модели, сравнить три агрегатных состояния и назвать шесть взаимных переходов между ними.
наблюдениегипотезаэкспериментмодельагрегатное состояниефизическое явление
Урок 1 · 12 минНаблюдение, гипотеза, эксперимент и модели
Урок 1 · 23 минПрактикум исследователя
Урок 2 · 18 минСостояния вещества и взаимные переходы
Урок 2 · 17 минТренажёр, объяснение явлений и итог
В каждой части оставлено около 5 минут на организацию работы, вопросы и переход между заданиями.
1. Наблюдение: увидеть недостаточно
Наблюдение — целенаправленное изучение объекта или явления. Химик не просто смотрит: он заранее определяет, что наблюдать, зачем и как зафиксировать результат.
По способу получения данных
- непосредственное — наблюдатель сам видит процесс;
- опосредованное — используются записи, фотографии, видео или данные другого наблюдателя.
По продолжительности
- кратковременное — длится минуты или один урок;
- долговременное — продолжается часы, дни или недели, например наблюдение за коррозией.
Вопрос: просмотр записи опыта — это не «ненастоящее» наблюдение. Как его правильно классифицировать?
Показать ответ
Это опосредованное наблюдение: вы изучаете не сам объект, а заранее зафиксированные результаты. Оно может быть точным и полезным, если известны условия опыта и способ записи.
2. Логика химического исследования
- Выбрать объект
- Поставить цель
- Выдвинуть гипотезу
- Составить план
- Провести эксперимент
- Сделать вывод
Гипотеза
Научное предположение, которое можно проверить. Хорошая гипотеза связывает предполагаемый результат с условием: «Если …, то …, потому что …».
Химический эксперимент
Исследование веществ в контролируемых условиях. Для надёжности результата опыт повторяют, а условия и наблюдения фиксируют.
Главный принцип: если мы изучаем влияние одного условия, остальные условия должны быть одинаковыми. Иначе нельзя понять, что именно повлияло на результат.
Разберём мысленный эксперимент
Наблюдение: если закрытую колбу с газоотводной трубкой согреть ладонями, из конца трубки, опущенного в воду, выходят пузырьки.
Гипотеза: при нагревании воздух в колбе расширяется, поэтому часть газа выходит через трубку.
Вывод: результат согласуется с гипотезой: при нагревании объём газа стремится увеличиться. Одного наблюдения недостаточно для объяснения — важны условия и модель частиц.
3. Моделирование
Моделирование — изучение объекта с помощью его упрощённого заместителя. Модель сохраняет только те свойства оригинала, которые важны для поставленной задачи.
Знаковые модели
Они передают сведения условными знаками: обозначениями атомов и молекул, химическими знаками, формулами и уравнениями.
Модель ≠ точная копия объекта. Модель — инструмент для ответа на конкретный вопрос.
Пример: цветные кружки на экране ниже не показывают настоящий размер и цвет частиц. Они помогают сравнить их расположение и движение.
Работа учеников
18–23 минуты
Практикум 1. Работаем как исследователи
Задание 1. Классифицируйте наблюдения
Для каждого примера выберите характеристику. Здесь отдельно проверяются способ получения данных и продолжительность наблюдения.
Ученик сам наблюдает изменение окраски раствора во время демонстрации.
Ученик изучает фотографии опыта, выполненного другим исследователем.
Изменения фиксируют в течение пяти минут лабораторного опыта.
Состояние металлического образца фотографируют ежедневно две недели.
Задание 2. Найдите ошибки в плане эксперимента
Исследовательский вопрос: влияет ли температура воды на скорость растворения одинаковых кусочков сахара?
Предложенный план: первый кусочек положить в 100 мл прохладной воды и перемешивать; второй — в 200 мл воды комнатной температуры и не перемешивать. Сравнить, где сахар исчезнет быстрее.
Ориентир для обсуждения
Одновременно изменены температура, объём воды и перемешивание. Чтобы проверить влияние температуры, нужно менять только температуру, а массу и форму сахара, объём воды, посуду и способ перемешивания оставить одинаковыми.
Задание 3. Спроектируйте исследование
Перепишите идею опыта так, чтобы проверялось влияние только одного условия.
Критерии самопроверки плана
- Изменяется только одно условие — температура воды.
- Одинаковы масса и форма сахара, объём воды, посуда и перемешивание.
- Заранее указано, что измеряется: например, время полного растворения.
- Предусмотрено повторение опыта и запись результатов.
Задание 4. Материальная или знаковая модель?
Шаростержневая модель молекулы
Химическая формула H₂O
Макет лабораторной установки
Условное обозначение атома элемента
4. Три агрегатных состояния
Агрегатное состояние вещества зависит от температуры и давления. Поэтому фразы «вода — жидкость» или «кислород — газ» верны только при указанных условиях.
Нормальные условия: температура 0 °C и давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.). Это условная точка сравнения, а не обычная комнатная температура.
| Состояние | Расположение и движение частиц | Форма | Объём | Сжимаемость |
|---|---|---|---|---|
| Твёрдое | Частицы расположены близко и колеблются около устойчивых положений. | Сохраняется | Сохраняется | Очень мала |
| Жидкое | Частицы близки, но могут перемещаться относительно друг друга. | Принимает форму сосуда | Практически сохраняется | Очень мала |
| Газообразное | Частицы далеко друг от друга и движутся во всём доступном пространстве. | Не сохраняется | Занимает весь сосуд | Заметная |
Интерактивная модель частиц
Переключайте состояния. Модель качественная: она показывает характер расположения и движения частиц, но не их реальный масштаб.
Твёрдое состояние
- частицы расположены близко;
- сохраняют взаимное расположение;
- колеблются около устойчивых положений.
5. Взаимные переходы
При изменении температуры или давления вещество может переходить из одного агрегатного состояния в другое.
твёрдое → жидкостьплавление
лёд превращается в воду
лёд превращается в воду
жидкость → твёрдоекристаллизация
вода превращается в лёд
вода превращается в лёд
жидкость → газиспарение
вода образует водяной пар
вода образует водяной пар
газ → жидкостьконденсация
на холодной поверхности появляются капли
на холодной поверхности появляются капли
твёрдое → газсублимация (возгонка)
лёд может постепенно исчезать на морозе
лёд может постепенно исчезать на морозе
газ → твёрдоедесублимация
водяной пар образует иней
водяной пар образует иней
При переходе между агрегатными состояниями состав вещества не изменяется — это физическое явление.
Испарение и кипение — не одно и то же
Испарение идёт с поверхности жидкости при разных температурах. Кипение происходит во всём объёме жидкости при определённой температуре, зависящей от давления.
Физические константы
При заданном давлении каждое чистое вещество имеет характерные температуры плавления и кипения. Например, при нормальном атмосферном давлении вода плавится при 0 °C и кипит при 100 °C.
Работа учеников
12–15 минут
Практикум 2. Объясняем превращения вещества
Задание 1. Назовите агрегатный переход
Кусочек льда превращается в воду.
Вода в морозильной камере становится льдом.
Лужа постепенно исчезает в сухую погоду.
На холодной бутылке появляются капли воды.
Снег и лёд понемногу исчезают на сильном морозе.
Водяной пар образует кристаллики инея.
Задание 2. Объясните явления с помощью модели частиц
Почему после купания даже в тёплую погоду становится прохладно?
Проверить объяснение
Вода испаряется с поверхности кожи. Для перехода в газообразное состояние ей нужна энергия; часть энергии вода получает от кожи, поэтому кожа охлаждается.
Почему на катке во время перерыва заливают поверхность льда водой?
Проверить объяснение
Вода заполняет царапины и неровности, затем кристаллизуется. Образуется новый более ровный поверхностный слой льда.
Задание 3. Физическое или химическое явление?
Решающий вопрос: образовались ли новые вещества?
Получение кристаллов соли из раствора
Разложение воды электрическим током
Растворение сахара в воде
Фотосинтез
6. Самопроверка
Выберите по одному ответу в каждом вопросе, затем нажмите «Проверить».
7. Подведём итог
- Назовите этапы исследования от выбора объекта до вывода.
- Объясните, зачем в эксперименте контролировать условия.
- Приведите по одному примеру материальной и знаковой модели.
- Сравните форму, объём и сжимаемость твёрдого тела, жидкости и газа.
- Назовите шесть переходов между агрегатными состояниями.
- Почему плавление, испарение и сублимация относятся к физическим явлениям?
Домашнее задание: § 2–3; устно ответить на вопросы после параграфов. Составить одну проверяемую гипотезу о свойствах вещества и краткий план её проверки: объект, условие, наблюдаемая величина, ожидаемый результат.