В тёплом образце окрашенная область расширилась быстрее. Доказывает ли это именно ускорение диффузии?
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Линейка, калькулятор, карандаш; схема и серии включены. Предпосылки: молекулярное движение, температура, квадрат числа. Не нужны нагреватели, аммиак, неизвестные культуры или бытовая химия. Используется учебная модель красителя в однородном геле, подавляющем крупные потоки. 8 класс сравнивает времена на одном расстоянии; 9 класс проверяет L²/t и объясняет предел этой модели.
| Минуты | Работа | Проверяемый продукт |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблемная ситуация | Вопрос и проверяемое предположение |
| 5–14 | Понятия и разобранный пример | Пояснение величин и метода |
| 14–25 | Практика 1 | Расчёт, схема или протокол по данным |
| 25–33 | Практика 2 | Решение на новых условиях |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент, альтернатива и вывод |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ и исправление |
Все тексты, рисунки и данные включены. Без регистрации: распечатайте ученическую часть PDF или используйте доску. Ответы показывайте после самостоятельной попытки. Минуты включают чтение, записи и переходы. В конце соберите индивидуальную работу. 0–1 балл: разобрать пример повторно; 2–3: уточнить пропущенное звено; 4: объяснить ограничение модели. Это критерии обратной связи, не обязательная школьная отметка.
01. Проблемная ситуация
0–5 минут · Вопрос и проверяемое предположение
В одинаковых подготовленных гелях одна и та же граница окраски достигла 4 мм от старта за 16 минут при 20 °C и за 8 минут при 30 °C. В отдельном стакане тёплой воды окраска распространилась за секунды после внесения капли.
1 минута — выделите два разных сравнения; 2 — предложите объяснения; 2 — укажите, почему стакан сам по себе не доказывает более быструю диффузию. Все числа — учебная имитация, не измерения авторов.
02. Объяснение и разобранный пример
5–14 минут · Понятия, расчёт и ограничения
Диффузия связана с хаотическим движением частиц и приводит к суммарному переносу при неоднородной концентрации. Она не требует целенаправленного движения каждой молекулы к «свободному месту». Температура, свойства среды и размер частиц влияют на распространение; у разных сред зависимость различается.
Конвекция переносит вещество вместе с объёмным потоком жидкости. После внесения капли возможны струя, разность плотностей и движение из-за нагрева. Поэтому скорость видимой окраски воды не равна скорости одной диффузии. Гель и одинаковая процедура внесения уменьшают влияние потоков, но не устраняют все ошибки.
В нашей упрощённой серии одинаковый оптический порог задаёт характерное расстояние L, а L² пропорционально t. Это модель при одинаковых начальных условиях и пороге, не постоянная скорость фронта. Пример: 2 мм за 4 минуты, 4 мм за 16 минут. Удвоение расстояния потребовало вчетверо больше времени. L²/t=1 мм²/мин в обоих случаях.
На 9 минут: 3 — диффузия и конвекция, 3 — расчёт примера, 2 — контроль порога и температуры, 1 — ограничение. Значение L²/t здесь служит сравнительным показателем; без конкретной модели распределения его нельзя называть точным коэффициентом диффузии D.
03. Практика 1: данные и доказательство
14–25 минут · Первая серия
Готовая учебная серия для двух температур. Одинаковы состав геля, размер начального пятна, краситель и порог определения границы. Температура поддерживается постоянной.
| L, мм | t при 20 °C, мин | t при 30 °C, мин |
|---|---|---|
| 2 | 4 | 2 |
| 3 | 9 | 4,5 |
| 4 | 16 | 8 |
2 минуты — проверьте условия; 4 — вычислите L²/t для шести случаев; 3 — предскажите время достижения 5 мм; 2 — запишите вывод. 8 класс сравнивает времена по строкам; 9 класс проверяет постоянство показателя в каждой колонке. Продукт: шесть расчётов и два прогноза. Не делайте вывод о любой жидкости при любой температуре.
Разбор практики 1 и критерии
При 20 °C показатель 1 мм²/мин, при 30 °C — 2 мм²/мин. Для 5 мм: 25 минут и 12,5 минуты соответственно, если модель остаётся применима. При одном L время уменьшилось вдвое. Увеличение L с 2 до 4 мм не удваивает время: оно увеличивает его вчетверо.
04. Практика 2: перенос на новые условия
25–33 минуты · Самостоятельный перенос
Проверка качества другого исследования: серия А — 20 °C, гель, пятно 2 мм, одинаковый порог; Б — 30 °C, тот же гель и пятно; В — 30 °C, вода, капля из пипетки с высоты; Г — 30 °C, тот же гель, но пятно 6 мм и другой порог.
1 минута — прочтите; 3 — выберите пару для влияния температуры; 2 — назовите по два смешивающихся фактора для В и Г; 2 — составьте исправленный протокол из четырёх шагов. 8 класс подчёркивает различия; 9 класс объясняет, почему даже красивый график не исправляет некорректное сравнение. Продукт: выбор и протокол.
Ответ и объяснение практики 2
Для температуры подходит А–Б. У В одновременно изменены среда и способ внесения, возможен поток. У Г меняются начальный размер и правило измерения. Протокол: приготовить одинаковые образцы и источник красителя; задать температуры; одинаково отсчитывать расстояние и время по одному порогу; выполнить повторы. График описывает данные, но не устраняет смешение причин.
05. Обсуждение: аргумент и альтернатива
33–40 минут · Аргумент и обоснованный вывод
2 минуты: сравните «распространяется быстрее — значит, частицы движутся направленно» и «хаотическое движение даёт суммарный перенос». 3 минуты: используйте различие диффузии и конвекции, предложите контроль. 2 минуты: сформулируйте, что доказано нашей серией и что остаётся гипотезой.
Опора для обсуждения
Серия соответствует более быстрому распространению при 30 °C в выбранной модели и условиях. Она не доказывает постоянную скорость каждой частицы и не даёт универсальной температурной формулы. Нужно различать движение отдельных молекул, суммарный поток и видимое движение окраски.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут · Собственное решение
По модели L²/t=2 мм²/мин найдите время достижения 6 мм. Затем назовите один способ уменьшить влияние конвекции и одно условие сравнения температур. 3 минуты — ответ, 2 — сверка.
Ключ и критерии индивидуальной работы
t=36/2=18 мин. Четыре балла: квадрат расстояния, время с единицей, гель или иной обоснованный контроль потоков, одинаковый порог/состав/начальное пятно. Перемешивание ложкой не является способом убрать конвекцию.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие ученика → проверяемый результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Диффузия. Зависимость от температуры | Сравнивает готовые временные серии | Обосновывает влияние температуры в модели |
| Практическое занятие №2 | Разделяет диффузию и перенос потоком | Предлагает корректное контрольное сравнение |
Опора — раздел «Объединяем науки» опубликованной программы на 64 часа. Это самостоятельный урок на 45 минут. Учебные данные, подробный сценарий и распределение времени — методическая разработка. Анализ подготовленных серий и бумажных моделей не выдаётся за проведение опыта на занятии.
Источники и права на изображения
Источники проверены 15.10.2026. Все числовые наборы — учебные модели, не результаты проведённых авторами опытов. Оригинальные схемы и графики подготовлены порталом «Школы России» для этого урока. Они не являются фотографиями. Ответы и примечания учителю в PDF выделены отдельно.