Почему лёд твёрдый, вода течёт, а пар заполняет всё пространство?
Это одно и то же вещество — вода. Молекулы воды во всех трёх случаях остаются молекулами воды. Почему же свойства настолько разные?
Три сцены с одним веществомМакро и микро
Сначала перед тобой обычный вид: лёд, вода и пар. Нажми кнопку — и вместо вещества появится условная модель его частиц.
Лёд
Вода
Пар
Пока это обычный вид. Что, по-твоему, различается внутри?
Что различается сильнее всего?
Главная модель урока
Одно вещество — три состояния
В сосуде 220 условных молекул воды. Их количество не изменится ни разу за весь опыт — меняться будет только температура. Двигай ползунок и следи, что происходит с расположением и движением частиц.
Нагреваем и охлаждаем веществоПолзунок температуры
Веди ползунок вправо — вещество нагревается. Влево — охлаждается. Кнопка «Замедлить время» помогает разглядеть движение частиц вблизи.
холоднеегорячее
220 молекул H₂O
Твёрдое
Обрати внимание. Молекулы не появляются и не исчезают, не растут и не уменьшаются. Меняется только то, как они расположены и как движутся.
Ты поставил модель на паузу. Такая картинка правильно описывает вещество?
Почему это важно. В учебниках частицы нарисованы неподвижными — иначе их не напечатать. Из-за этого легко решить, что в твёрдом теле движения нет вообще. Это не так: там частицы непрерывно колеблются.
Взгляд изнутри веществаКамера на частице
Камера закреплена на одной частице — она в центре и подсвечена. Посмотри, что происходит вокруг неё в каждом состоянии.
Внутри твёрдого тела
наша частица
соседи
Твёрдое тело
Почему стол не растекается по комнате?
Возьмём металлический кубик и поставим его в разные сосуды: в широкую банку, в узкий стакан, положим на бок. Понаблюдай, что произойдёт с его формой.
Кубик в разных сосудахМакро → микро
Перекладывай кубик и следи за его формой и объёмом. Затем переключись в режим частиц и объясни увиденное.
Какое свойство мы наблюдаем?
Почему так. Частицы твёрдого тела расположены близко и занимают устойчивые положения: каждая колеблется около своего места и почти не меняет соседей. Поэтому взаимное расположение частиц сохраняется — а вместе с ним сохраняется и форма тела.
Про модель. На нашей картинке частицы стоят правильными рядами — так устроены кристаллические тела: соль, металлы, лёд. Но бывают и аморфные твёрдые тела — стекло, смола, пластилин. В них порядок ближний, строгих рядов нет, а вот устойчивые положения и колебания — есть.
Попробуй деформировать твёрдое телоПолзунок нагрузки
Растягивай и сжимай образец. Слева — как это выглядит снаружи, справа — что происходит с расстояниями между частицами.
сжатиерастяжение
Частицы взаимодействуют друг с другом. Стоит немного изменить расстояние между ними — и возникают силы, которые стремятся вернуть прежнее взаимное расположение. Поэтому после снятия нагрузки тело восстанавливает форму.
Жидкость
Почему вода принимает форму стакана?
Тот же опыт, но теперь с водой. Переливай её между сосудами и следи за двумя величинами сразу: формой и объёмом.
Переливаем воду4 сосуда
Выбирай сосуд — вода перельётся в него. Объём отмечен рисками: следи, меняется ли он.
Закончи вывод: жидкость сохраняет ________, но не сохраняет собственную ________.
Почему так. Частицы жидкости расположены близко друг к другу — почти так же плотно, как в твёрдом теле. Поэтому объём почти не меняется. Но постоянных мест у них нет: частицы перемещаются и меняют соседей, и жидкость растекается по форме сосуда.
Почему жидкость течёт?Сдвинь верхний слой
Тяни ползунок — верхний слой вещества смещается вбок. Сравни, что происходит в твёрдом теле и в жидкости.
Главный вывод. Текучесть жидкости связана с тем, что её частицы могут менять взаимное расположение. В твёрдом теле такой сдвиг вызывает деформацию, и после снятия нагрузки частицы возвращаются на прежние места.
Газ
Есть ли у воздуха собственная форма?
В сосуде газ, но пока он заперт в левой половине перегородкой. Сначала предположи, что случится после её удаления.
Убираем перегородкуПроверь прогноз
Нажми кнопку и наблюдай. Включи траекторию — увидишь, как одна частица летит, ударяется о стенку и меняет направление.
Перегородка на месте
Заполнено пространства: 50 % — газ пока заперт слева.
Частицы газа непрерывно и хаотично движутся во всех направлениях, сталкиваясь друг с другом и со стенками. Поэтому газ сам, без всякого перемешивания, распространяется по всему доступному пространству — у него нет ни собственной формы, ни собственного объёма.
Сжатие
Попробуй сжать
Три одинаковых цилиндра с поршнями: в первом твёрдое тело, во втором жидкость, в третьем газ. Дави на поршни и следи, где объём уменьшается заметно, а где почти нет.
Три поршняОбщий ползунок силы
Ползунок давит на все три поршня одинаково. Внизу каждого цилиндра — модель частиц: смотри, что именно меняется при сжатии.
Твёрдое
Жидкость
Газ
| Состояние | Изменение объёма | Легко сжимается? |
|---|---|---|
| Твёрдое | — | — |
| Жидкое | — | — |
| Газообразное | — | — |
Самое важное. При сжатии газа молекулы не становятся меньше — уменьшаются промежутки между ними. А в жидкости и твёрдом теле частицы уже расположены вплотную, сближать их дальше почти некуда: поэтому эти вещества практически несжимаемы.
Между молекулами воздуха находится ещё более мелкий воздух?
Почему так. Если бы между молекулами воздуха был воздух, пришлось бы искать воздух и между его молекулами — и так без конца. Воздух сам состоит из молекул азота, кислорода и других газов, а между ними находятся промежутки.
Сравнение
Три состояния рядом, одновременно
Три окна, одинаковое количество частиц в каждом, общие органы управления. Теперь различия видно не по очереди, а сразу.
Сравнительная лабораторияСинхронные модели
Меняй температуру и режимы — все три окна реагируют вместе. Включи расстояния, чтобы сравнить, насколько далеко находятся ближайшие соседи.
Твёрдое
Жидкость
Газ
Не попадись. В жидкости расстояния между частицами почти такие же, как в твёрдом теле — а не «где-то посередине между твёрдым телом и газом». Именно поэтому жидкость почти не сжимается, как и твёрдое тело.
Что изменится при нагревании?Отметь все верные
Нагрей вещество ползунком и отметь все следствия, которые действительно наблюдаются. Верных вариантов несколько.
Отмечено верных следствий: 0 из 3.
Ключевой вывод. Нагревание не увеличивает размеры молекул. В первую очередь возрастает интенсивность их теплового движения — а из-за этого может измениться и взаимное расположение частиц.
Полный цикл
Лёд → вода → пар → вода → лёд
Теперь ты сам управляешь нагревателем и охладителем. Никаких кнопок выбора состояния нет: состояние должно получиться как результат твоих действий. Следи за двумя счётчиками — они не изменятся ни разу.
Мини-симулятор агрегатных переходовПройди маршрут целиком
Нажми «Нагревать» — вещество начнёт греться и будет греться, пока не нажмёшь ещё раз. Пройди весь маршрут: лёд → вода → пар → вода → лёд.
Твёрдое
| Молекул в сосуде | 200 |
| Тип молекул | H₂O |
| Характер движения | — |
| Среднее расстояние между частицами | — |
| Взаимное расположение | — |
Маршрут пройден на 0 из 4 этапов.
Молекул всё время 200, и все они — H₂O. Агрегатное состояние изменилось, а вещество осталось водой. Молекулы не превратились в другие, не исчезли и не появились новые.
Превратились ли молекулы воды в какие-то другие молекулы, когда вода стала паром?
Определи состояние только по частицамИ объясни почему
Названий нет — только модели. Выбери состояние для каждого окна, а потом укажи причину: ответ засчитывается лишь вместе с объяснением.
Модель А
Модель Б
Модель В
Определено моделей: 0 из 3.
Диагностика
Почини неправильную модель
Пять моделей нарисованы с ошибкой. Найди, в чём именно неправда, — и модель исправится прямо на глазах.
Исправлено моделей: 0 из 5.
Разложи свойства по состояниямНажми свойство, потом столбец
Выбери карточку свойства, затем нажми на состояние, которому оно принадлежит. Некоторые свойства подходят сразу двум состояниям — тогда засчитается любое верное.
Твёрдое тело
Жидкость
Газ
Разложено свойств: 0 из 10.
Свойство → объяснениеСоедини пары
Слева — свойство вещества, справа — причина на уровне частиц. Соедини их.
Свойство
Почему так
Соединено пар: 0 из 5.
Модель — не фотографияЧто здесь условно?
Слева привычная школьная картинка частиц. Отметь всё, что на ней изображено условно.
Это не фотография молекул
Найдено условностей: 0 из 4.
Хорошая физическая модель не обязана выглядеть как настоящий объект. Она должна правильно показывать те свойства, которые мы изучаем: здесь это расположение частиц, расстояния между ними и характер движения.
Не путай
Шесть частых заблуждений
Нажми на карточку, чтобы увидеть, как правильно.
✕В твёрдом теле частицы неподвижны
Как правильно. Частицы твёрдого тела непрерывно колеблются около устойчивых положений. Они почти не меняют соседей, но полностью неподвижными не бывают — именно поэтому в твёрдых телах возможна очень медленная диффузия.
✕В жидкости частицы расположены далеко друг от друга
Как правильно. В жидкости частицы находятся почти так же близко, как в твёрдом теле. Различие не в расстояниях, а в подвижности: частицы жидкости могут менять соседей. Поэтому жидкость течёт, но почти не сжимается.
✕В газе между частицами нет никакого взаимодействия
Как правильно. Большую часть времени частицы газа далеко друг от друга и почти не взаимодействуют. Но при сближении и столкновениях взаимодействие обязательно проявляется — иначе частицы просто пролетали бы сквозь друг друга.
✕При нагревании молекулы становятся больше
Как правильно. Растёт интенсивность движения частиц и среднее расстояние между ними. Размер самих молекул при этом не меняется — тело расширяется не потому, что частицы «раздулись».
✕Газ всегда легче жидкости
Как правильно. Агрегатное состояние и масса — разные вещи. Один и тот же объём газа обычно легче такого же объёма жидкости, потому что частицы газа расположены реже. Но масса конкретной порции зависит ещё и от того, сколько вещества взято: баллон сжатого газа тяжелее напёрстка воды.
✕Между частицами воздуха находится воздух
Как правильно. Воздух сам состоит из молекул. Между ними — промежутки, а не «ещё один воздух», иначе объяснение уходило бы в бесконечность.
Виртуальная лаборатория
Узнай неизвестное вещество
Три закрытых контейнера. Что внутри — неизвестно. Проводи опыты инструментами и определяй состояние. Ответ засчитывается только вместе с двумя наблюдениями, которые его подтверждают.
Определено веществ: 0 из 3.
Я — частицаУправляй одной частицей
Управляй фиолетовой частицей: стрелками на клавиатуре или кнопками ниже. Попробуй уйти подальше от своего места в каждом состоянии — и почувствуй разницу в свободе движения.
Уйдено от старта: 0
Итоговая таблицаЗаполни пропуски
Часть клеток пустая. Выбери карточку внизу и нажми на подходящую клетку — это уже не зубрёжка, а сборка того, что ты сам обнаружил.
| Твёрдое тело | Жидкость | Газ | |
|---|---|---|---|
| Расположение частиц | устойчивые положения | беспорядочно по всему объёму | |
| Расстояния между частицами | малые | ||
| Характер движения | колебания около положений | быстрое движение между столкновениями | |
| Сохраняет форму | да | нет | |
| Сохраняет объём | да | нет | |
| Сжимаемость | практически нет | практически нет | |
| Текучесть | да | да |
Заполнено клеток: 0 из 8.
Финальная проверка
Двенадцать заданий
Проверяем не заученные фразы, а понимание причин. После каждого ответа — содержательный разбор.
Задание 1Определи состояние
Посмотри на модель и определи агрегатное состояние.
Задание 2Объясни причину
Почему газ легко сжимается?
Задание 3Объясни причину
Почему жидкость принимает форму сосуда?
Задание 4Найди ошибку
«При нагревании молекулы становятся больше». Что здесь неверно?
Задание 5Сортировка
Расставь состояния по возрастанию среднего расстояния между частицами.
Задание 6Свойства и состояния
Какое свойство есть и у жидкости, и у газа, но нет у твёрдого тела?
Задание 7Выбери правильную модель
Две модели жидкости. Какая из них верная?
Модель А
Модель Б
Задание 8Предскажи результат
В левой половине закрытого сосуда газ, справа пусто. Перегородку убирают. Что будет через некоторое время?
Задание 9Объясни причину
Почему твёрдое тело сохраняет форму?
Задание 10Что общего
Что общего у частиц твёрдого тела, жидкости и газа?
Задание 11Отметь всё верное
Что меняется при переходе воды из жидкости в пар? Верных вариантов несколько.
Отмечено верных: 0 из 3.
Задание 12Состояние и доказательства
Определи состояние вещества на модели и выбери два наблюдения, которые это подтверждают.
Теперь выбери два наблюдения, подтверждающих ответ:
Выбрано доказательств: 0 из 2.
Результат
Как ты понял тему
Расположение и движение0/4
Свойства и их причины0/4
Работа с моделями0/4
Ответь на задания — здесь появится разбор по направлениям.
Итог урока
Три состояния — одна модель
Твёрдое тело
- частицы расположены близко
- колеблются около устойчивых положений
- сохраняет форму
- сохраняет объём
- практически не сжимается
Жидкость
- частицы расположены близко
- перемещаются и меняют соседей
- не сохраняет собственную форму
- сохраняет объём
- практически не сжимается
- обладает текучестью
Газ
- частицы значительно дальше друг от друга
- быстро и хаотично движутся
- не имеет собственной формы
- не имеет постоянного объёма
- заполняет весь предоставленный объём
- легко сжимается
Главный итог. Свойства вещества определяются движением, расположением и взаимодействием его частиц. Твёрдое тело, жидкость и газ — это не три разных «мира», а три состояния вещества, которые объясняются одной молекулярной моделью.