Песок и вода: что нагреется быстрее?

Видео: Песок и вода на пляже

Чуть больше минуты: горячий песок в полдень, прохладная вода, ночью всё наоборот — и вопрос, почему. Включи в видео русские субтитры.

Презентация

Слайды с урока. Листай стрелками внизу справа или клавишами со стрелками; многие рисунки появляются шаг за шагом. Презентация работает без подключения к чужим серверам.

Главная мысль: одинаковая энергия, разные вещества

Урок начинается с вопроса с пляжа: почему песок горячий, а вода прохладная? Каждый рисует свою гипотезу (die Vermutung) в виде двух кривых на листе: какая проба — 50 г песка или 50 г воды — нагреется под одной лампой быстрее?

Каждую минуту группы сначала измеряют температуру песка, потом воды, пока песок не покажет 40 °C. Песок растёт быстро, вода лишь немного. Ученики объясняют качественно: обе пробы получают примерно одинаковую энергию, но воде для такого же нагрева её нужно больше. Решает вещество, а не только энергия.

В конце урок возвращается на пляж. Понятие «удельная теплоёмкость» только называется; считать начнут на следующем уроке. Открытым остаётся вопрос из видео: почему моря накапливают так много энергии?

Шесть шагов

1. Начало: вопрос о пляже, видео, гипотеза в виде двух кривых на листе (слайды 1–3).
2. Задание и безопасность: распределить роли, установка, правила (слайды 4 и 5).
3. Измерение: каждую минуту по очереди песок и вода, пока песок не покажет 40 °C; наблюдение (die Beobachtung) и объяснение (die Deutung) записывать отдельно (слайд 6).
4. Обработка: нарисовать обе кривые, сравнить группы (слайды 7 и 8).
5. Объяснение: одинаковая энергия, разные вещества; расставить предложения по порядку, два предложения неверны (слайды 9 и 10).
6. Назад на пляж: ответ на первый вопрос (слайд 11). Слайд 12 — запас (остывание).

Материал на группу (три человека)

• лампа, например лампа накаливания около 50 Вт в патроне, с шаблоном для расстояния 6 см слева и справа
• два одинаковых пластиковых стаканчика: 50 г сухого песка (например, птичий песок) и 50 г воды
• мультиметр с датчиком типа K, полотенце, часы или таймер, защитные очки

Безопасность: стекло лампы нагревается, его не трогают, лампу не направляют на бумагу и провода, волосы убрать, при 40 °C на песке лампу выключить, песок не бросать в воздух, потом вымыть руки. Перед уборкой лампы выключает учитель.

Что показывает урок

• Честное сравнение: одинаковая масса, одинаковая лампа, одинаковое расстояние, одинаковая начальная температура.
• Песок нагревается быстрее воды. При одинаковой энергии воде для такого же нагрева нужно больше; решает вещество.
• Не вся правда: то, что ночью море теплее пляжа, объясняется не только теплоёмкостью; играют роль и перемешивание, и глубина проникновения излучения, и испарение. Опыт отделяет лишь одну часть.
• Проверка утверждения: «Песок всегда нагревается быстрее воды». Что могло бы его опровергнуть? (Например, мокрый песок.)

Заметки для учителей

• Рабочий лист есть в виде PDF с подвижными стикерами (текстовый пазл, два из восьми предложений неверны) и в виде файла Goodnotes; Goodnotes не обязателен.
• Времена не проверены: как быстро песок достигнет 40 °C, зависит от лампы и расстояния. Вода нагревается всего на несколько кельвинов, мультиметр показывает целые градусы. Сначала попробуйте с одной лампой и определите расстояние (6 см или больше).
• Датчик между пробами вытирают о полотенце, всегда сначала песок, потом вода.
• Запас: остывание, после того как обе пробы нагреты на водяной бане примерно до 30 °C.
• Сценарий к слайдам не публикуется; слайды содержат только то, что ученики должны увидеть, остальное говорится устно.

Рабочий лист

Две страницы: диаграмма, роли и безопасность, таблица измерений, наблюдение и объяснение, порядок предложений. Здесь ты видишь страницы; чтобы работать, открой PDF или файл Goodnotes.

📄 Рабочий лист (PDF) 📓 Файл Goodnotes

Тот же рабочий лист как файл Goodnotes (с подвижными стикерами); откройте или импортируйте его в Goodnotes.