熔化和凝固物理教案连云港市韩冬设计.docx
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熔化和凝固物理教案连云港市韩冬设计
熔化和凝固
一、本节三维目标要求
1．知识与技能
了解晶体和非晶体的区别。
知道一些物质的熔点。
知道熔化和凝固的含义。
认识熔化是吸热过程，了解熔化曲线和凝固曲线的物理含义。
2．过程与方法
感知发生熔化和凝固的条件
区别晶体和非晶体，感悟物质世界的美丽多姿。
经历固体熔化的实验探究过程，学习实验探究的基本思路和方法。
了解图像是一种比较直观的表示物理量变化的方法。
学习根据实验数据做出物理图像的方法。
3．情感、态度与价值观
尝试对环境温度问题发表自己的见解。
有关注环境温度的意识。
尝试将生活和自然界中的一些现象与物质的熔点联系起来，将所学知识与生产、生活相结合。
关注自然现象，产生乐于探究自然现象的兴趣和欲望。
二、重点和难点
本节重点是探究固体熔化过程的规律。
本节难点是实验数据的图像转换方法。
三、 教学过程
1.认识晶体
学生对将固体区别为晶体和非晶体认识不足，教师应着力调动学生的观察积累，利用教科书提供的图片，酌情展示一些常见晶体和非晶体的实物、模型、图片资源，首先让学生建立区别晶体和非晶体的宏观依据——形状规则与否的概念，初步认识晶体和非晶体的区别。
2.实验探究固体熔化过程的规律
不宜将本板块变为演示，要舍得投入时间，引领学生经历固体（含晶体与非晶体）熔化的实验探究全过程，初步领略科学探究的各个环节，学习科学探究的基本思路和方法。
这也是课时安排建议本节2课时的主要原因。
（1）首先，教师应引导学生注意晶体和非晶体不同的形状和不同的加工工艺，猜想到它们可能存在不同的熔化规律；在观察和思考的基础上，提出探究问题：
熔化是在什么条件下发生的？
熔化过程有什么特点？
晶体和非晶体的熔化规律究竟有什么不同？
（2）为了研究提出的问题，重要的是组织学生讨论，制订出分工合理、实用高效的探究讨划和实验设计方案。
各组首先应选取一种晶体、一种非晶体作为对比研究对象；为了使结论具有普遍性，各组所选研究对象要在条件允许的情况下尽可能不同。
其次，要探究熔化规律，自然需要将研究对象熔化，怎样熔化？
在熔化过程中需要观测记录哪些数据和现象？
需要什么实验器材或仪器？
要否自己寻找或自制？
这些都不要教师给定。
这些问题需要师生讨论，达成共识，并要有所约定。
例如，各组达成借助酒精灯加热晶体和非晶体使之熔化的基本思路，约定定时（例如每隔30s）记录加热过程中晶体和非晶体的温度，并确认当时研究对象的状态，直到熔化持续一段时间为止。
至于各组探讨的具体问题，例如，停止加热后，熔化情况怎样？
是选取冰和蜡，还是选取海波和松香或者别的作为研究对象？
是用水浴法加热，还是直接加热？
都应该以宽容的态度对待。
需知：
规范完美的科学探究纯属理想模型，在实际上是不存在的，以此模式组织探究只能是“假探究”；各组探究过程的差异应视为宝贵的课程和教学资源，使得合作交流、讨论评估更具实际价值。
（3）在进行实验和收集证据过程中，应帮助学生解决一些实际问题：
①进一步巩固使用酒精灯或无烟腊加热物体的规范要求。
②了解实验室常用液体温度计的工作原理、构造特点、温度范围及分度值。
③学会测量温度，知道用温度计测量温度的正确方法和注意事项：
·确认温度计的量程和分度值。
·将温度计的玻璃泡与被测量的物体充分接触。
·当温度计的示数稳定后再读数。
读数时，温度计仍需和被测物体接触（体温计除外）。
·读数时，视线要与温度计中液柱上表面相平。
④研究固体熔化时温度的变化规律，需要知道它们熔化过程中的温度。
如何使待熔化物体均匀受热、使温度计的玻璃泡与待熔化固体充分接触呢？
怎样使待熔化固体缓慢熔化，以便观察和测量呢？
·待熔固体应为细粒或粉末状。
·盛装待熔固体的试管应较细，以增大受热面积。
装入试管中的待熔固体应适量（过少，则熔化过程太短，不利观测；过多，则受热不均匀）。
·优选间接加热（例如水浴）法，并用两枚温度计同监测试管内外的温度，调整控制热源加热力度，使内外温差保持在2～3℃左右。
·建议学生先做非晶体熔化实验，再做晶体熔化实验。
用意有二：
前者较易成功且易理解；能够对后者产生更强列的印象和反差。
⑤指导学生分工合作，高效安全地进行实验、收集证据。
（4）在数据处理、讨论交流和评估环节，教师的主要工作应集中于：
①激活学生寻找和比较数据规律的需要。
②帮助学生回顾数学上描点作图的一般方法及其优点，指导学生在方格纸上描画物质熔化曲线。
③热情支持学生的附加探究实验，允许学生重做或部分重做实验，以便扩大交流和评估成果。
④为学生提供讨论和评估的必要物质条件，例如，提供视频展台或实物投影仪，用以展示各组所得熔化曲线和数据记录表格。
⑤实验结论不宜绝对化。
为了达成共识，应组织学生对比分析、总结晶体和非晶体的熔化过程，归纳出二者的同异点，总结出晶体熔化的两个必要条件：
①达到熔点；②继续加热（吸收热量）。
（5）得出固体熔化过程的规律后，教师可予以扩展。
①给出熔点概念。
指出熔点是晶体物质的基本属性之一。
生活和自然界中，生产和技术上，许多现象和应用都与熔点有关。
②引导学生用分子动理论初步解释熔化的吸热过程。
③介绍常见物质的熔点，使学生对之有定性的了解。
要求记住冰的熔点。
3.液体的凝固
（1）列举生活、生产、技术上的液体凝固实例。
例如，水结成冰，塑料颗粒熔化后注入钢模冷却凝固成塑料盒，熔融状态下的玻璃轧制成玻璃板……
（2）凝固过程和凝固曲线。
引导学生对比冰（晶体）熔化过程的三个阶段，采用类比的方法，分析水（液体）凝固过程的三个阶段的吸放热特点和温度变化特点。
要明确：
虽然同种物质的凝固点和熔点相同，但两种曲线却具有不同的物理含义。
同时总结归纳出熔融状态下的晶体凝固的两个必要条件：
①达到凝固点；②放出热量。
还应对比分析熔融状态下的晶体与非晶体的凝固过程的异同点。
使学生获得相对完整的固液变化的认识。
为了同一目的，建议布置课外实验探究活动：
利用冰箱设计实验，研究水的凝固过程并画出水的凝固图像。
（3）组织学生综合运用熔化和凝固规律，特别是联系§5.1自我评价中的屋檐上冰锥的形成过程，交流讨论教科书有关“火山爆发后”内容，要求学生做到运用所学知识和方法进行必要的推理分析。
熔岩在流淌过程中，将因向周围放热而导致温度不断降低。
虽然刚从火山口喷出时岩浆温度相同，但凝固点（熔点）高的矿物岩浆将首先凝固，这些凝固的矿物要么沉积下来，要么随未凝固的岩浆向前推移，直到所有岩浆均在火山口周围依山傍势凝固。
基本上按橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、正长石、白云母、石英排列。
三、发展空间
（一）“自我评价”参考答案
1.0℃，BC段
2.非晶体
（二）“家庭实验室”指导
吊冰游戏：
盐的熔点高于冰的熔点。
冰上撒些盐，因盐的温度高于0℃，致使局部冰面熔化，盐溶化在水中吸热，使绳子周围冰面上熔化的冰重新凝固，故而几秒钟后就能用绳子把冰吊起来。
类似的，可做“复凝”游戏：
将一块冰置于桌面上，把两端悬挂重锤的细线横置于冰块上表面，则可见细线缓慢切过冰块落至桌面，而冰块仍是“坚冰”一块，依稀还可找到细线“切豆腐”的痕迹，但“豆腐”重新又连成一片。
这是利用冰在压力下熔点提高的特性实现的。
晶体花园：
水在蒸发过程中吸热，将加速食盐水的凝固，由于瓦片放置和色素沉着，碗中各处食盐结晶析出的形状殊异，因而生成漂亮的“晶体花园”。
（三）“物理在线”和“走向社会”指导
太空材料：
组织学生下载网上信息或去图书馆查找资料，走访专家学者，集中讨论以下问题：
（1）什么是太空材料？
（2）太空材料成本昂贵，为什么要制选太空材料？
（3）你希望太空实验工厂制造什么新的材料？
说说你的设想。
第3节汽化和液化
一、本节三维目标要求
1．知识与技能
知道什么是汽化、液化。
了解沸腾现象，知道水的沸点。
知道蒸发可以致冷。
会对蒸发和沸腾进行比较，找出它们的区别。
知道汽化是吸热过程，液化是放热过程。
会用汽化和液化的规律解释自然界或生活中的一些简单的物态变化现象。
2．过程与方法
通过探究活动了解水沸腾时的温度特点。
经历实验探究的基本过程，了解科学探究的基本环节。
3．情感、态度与价值观
把生活现象和自然现象与物质的沸点联系起来，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理。
了解电冰箱的基本原理及生产“无氟冰箱”的意义，有环境保护的意识。
二、重点与难点
本节的重点是实验探究水沸腾的规律。
本节的难点是水沸腾的温度（沸点）与气压的关系。
三、教学过程
1.实验探究（水）沸腾的规律
（1）“水开了吗？
”这是在每家庭几乎天天都会听到的一句问话。
“开水不响，响水不开”也许是学生很小就学来的判断水是否“开”了的依据。
基本学生拥有丰富的生活经验，但并未认真观察过水沸腾的全过程，并未探入思考过与水沸腾相伴随的气泡、声音、水量、温度等相关特征的变化规律的教学背景，教师宜按照教科书的提示，利用透明容器构造水沸腾过程的真实情境，激励学生：
你看到了什么？
你想到了什么？
引发并确认实验探究问题。
学生探究的问题，应达成某种共识，例如，探究水沸腾与温度的关系，但也应鼓励附带探究其他问题，诸如沸腾前后的声音变化、气泡变化、沸腾时水量的变化等。
这些附带探究的问题，对学生进一步深化认识沸腾现象和汽化现象、形成对多种现象联系与思考的意识，十分必要。
（2）迁移探究固体熔化规律的学习经验，在烧水过程中直接观察水的沸腾现象，从而探究发现沸腾的特征和规律，应成为课堂教学中的“转知成识”、“转识成智”的良好契机，同时成为教师引领学生设计实验和进行实验的指南。
教师还应提醒学生：
在实验中，要分工合作，做好观察记录（包括水的温度随中热时间变化的记录、水发出的声音、水中的气泡随加热时间变化的相关记录），更要注意安全，避免烫伤。
（3）在学生得出水沸腾的温度和加热时间的关系曲线后，应及时组织分析论证和交流讨论：
·该图像与晶体熔化图像有什么相似之处？
有什么不同之处（沸点概念得以生成）？
·沸腾前、沸腾时用酒精灯加热水的作用有什么不同？
移开酒精灯，停止加热，水还沸腾吗？
·水的沸点是100℃吗？
如果不是100℃，究竟是实验误差，还是另有原因？
·沸腾前后，水中气泡变化、声音变化有什么特征？
沸腾中减少的水跑到哪去了？
·水沸腾需要什么条件？
这个结论是否可推广到所有液体？
为了检验你的判断，你认为是否有必要换用其他液体再做实验？
（4）由水沸腾时的实验数据和水沸腾曲线学生可以认识到水有确定的沸点。
鉴于沸点与气压的关系在生产技术和日常生活上的重要应用（压力锅就是一个典型），引导学生探究水的沸点温度与气压的关系，十分必要。
·移开热源，停止对水加热，沸腾则停止。
这是学生已经亲历的事实。
要探究水沸腾的温度与气压的关系，需在改变气压（增大或减小气压）的前提下，使水重新沸腾，同时测量对应温度。
如何改变液面上方的气压，这是设计实验中的难点和关键。
以往利用封闭的烧瓶或烧杯，采用冷水淋浴或用抽气机抽气减压的方法实现“复沸”，要么安全性差，要么设备复杂，而且推理解释复杂，因而不适于学生探究。
改用封闭大试管、用注射器缓慢抽气减压的方法实现“复沸”，不仅效果明显、设备简单、便于解释，而且还可利用来进行增压（推进柱塞）“止沸”，为学生完善探究设计提供了可行的选择。
的确，要证实水沸腾的温度与气压有关，不仅需要考察气压降低时水的沸点怎样变化，而且需要考察气压升高时水的沸点怎样变化。
（5）将汽化的两种方式——蒸发和沸腾对比分析显然是必要的。
而且，蒸发在物态变化中，尤其在水的循环中的重要作用，要求我们在教学中赋予它应有的地位。
除了在表现特征上对两种汽化方式予以辨析外，还可利用分子动理论的分子运动模型给出初步解释。
影响蒸发快慢的诸种因素：
液面面积，环境温度、湿度、气压，周围空气流动快慢等，都应纳入教学视界。
或回顾小学《科学》，或组织学生讨论（餐厅卫生间装的热风干手器就是一个好例子），甚至组织相应实验探究，应视学生知识和经验基础决定。
本段教学设计应围绕蒸发和沸腾这两种汽化方式的相同点和不同点展开。
“为了使洗过的衣服干得快些，可以采用哪些措施？
”就是一个适当的导入话题。
2.气体的液化
与凝固是熔化的相反过程一样，液化是汽化的相反过程。
具体教学操作可以着手于以下两个方面。
（1）水蒸气液化成水的现象，学生十分熟悉。
冷玻璃窗上的水滴，眼镜片上的“雾汽”，烧水时壶嘴喷出的“白雾”，从冰箱中取出的冰镇汽水瓶外壁上的“泪珠”……要注意在教学中调动学生的经验积累，引导他们关注水蒸汽液化的细节。
例如，冷玻璃窗上的水滴和眼镜片上的雾气出现在哪一面上？
水壶嘴喷出的“白雾”紧挨壶嘴吗？
……这些细节对于学生理解液化和汽化规律大有帮助。
（2）气体液化的历史，尤其是空气液化的历史，是物理学发展的缩影，也是科学·技术·社会协调发展的典型。
极低温度的获得，真空技术的提高，热力学第三定律的发现，超导、超流和完全抗磁性的发现，超导电性的唯象和微观理论，高温超导材料的研究……都与气体的液化直接或间接有关。
教师应利用各种文本资料，展现人类探索气体液化的艰难历程和美好的前景，概述气体液化的两种途径：
降低温度和压缩体积。
§5.1中的人工造“雨”就是通过降低温度使水蒸气液化成“雨”的。
教学中还可增加用注射器压缩乙醚蒸气的体积使之液化（反之则汽化）的学生小实验。
所有气体在温度降到足够低时都可以液化。
不存在“永久气体”。
——1908年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯（H.K.Onnes,1853－1962）领导的低温实验室使最后一种“永久气体”——氦实现了液化，同时获得了4.2K的低温。
在一定温度（临界温度）下，压缩气体的体积也可以使气体液化。
事实上，到了1854年，通过包括法拉第在内等人的工作，除了氢、氧、氮等几种气体外，当时已知的其他气体都能被液化了。
早期气体液化大多是通过压缩气体的体积实现的。
3.汽化、液化过程中的吸放热
伴随气体和液体过程的能量变化的表现形式是吸放热。
本板块的教学应该注重以下几个方面。
（1）沸腾过程中吸热而温度保持不变；停止加热，沸腾随即停止。
对此，学生已有实验经历。
蒸发过程吸热的例子也很普遍。
在温度计测温泡上裹上用水或酒精浸湿的棉球，温度计的读数有什么变化？
在手背上涂些酒精，感受如何？
对此，学生更有足够的经验基础。
气体液化放热的现象，学生虽有感悟，但体会欠真切。
因此有必要组织学生动手实践。
教科书第103页图5-3-8是一个很好的对比实验。
教师应认真组织好学生的分组实验和观察讨论。
左右试管初始状态相同，左管加热沸腾、水量减少（温度维持在沸点）；右管通入从左管中导入的水蒸气，温度升高，水量增加。
典型地展示了物态变化过程伴随着能量的转化这一物理现象。
倘若使两管中的水循环流动，它就是蒸气传热的模拟装置。
在此基础上，教师应结合“发展空间”栏中有关电冰箱的阅读材料，提醒学生注意循环工作物质（R134a等）物态变化过程典型地伴随着工作物质能量的变化：
在冷冻室汽化吸热（使冰箱内温度降低）；在冷凝器液化放热（使冰箱外的空气变热）。
这里的压缩机相当于教科书图5-3-8中的酒精灯，没有它，不可能完成R134a的循环流动；这里的R134a相当于图5-3-8中的水，不同的是，图5-3-8中的水未能循环流动，而R134a比水更容易汽化、比水蒸气更容易液化。
（2）自然界中的物态变化（含熔化和凝固、汽化和液化、升华和凝华）事实上都伴随着能量的变化，不仅仅限于水的三态变化。
教师应在本节之末、§5.4和复习课中予以强化。
三、发展空间
（一）“自我评价”参考答案
1.采用“分馏法”，利用水和酒精的沸点不同，使混合液（即甘蔗酒）沸腾，可以从甘蔗酒中分离出酒精。
事实上，由于水的蒸发，这样分离出的酒精纯度较低，倘若利用生石灰的极强的吸水性质，将混合液跟生石灰（CaO）混合加热蒸馏，即可达到提纯酒精的目的。
2.减慢盆栽花卉的水分蒸发，自然可以从减小花卉叶表面积（通过修剪）和花盆液表面积、降低周围空气温度、增加周围空气湿度、减少周围空气流通诸种因素考虑。
但这同样是一个实际问题，切忌在设计浇水方案时“想当然”应用所学一般物理原理。
例如，花卉生长需要一定的温度、湿度、阳光、水分、空气、肥料条件，不能顾此失彼，要统筹兼顾。
学生的设计方案不宜统一要求，重要的是设计思路和原理的运用。
（二）“家庭实验室”指导
依据教科书第104页所提供的资料，可安排两项家庭实验或课外实践活动：
（1）探究电冰箱里的物态变化。
要求学生提出自己想研究的问题，设计方案，并进行探究，写出实验探究报告。
（2）制作简易“冰箱”。
要求学生调查访问家长或社会人士，了解“土”法致冷保鲜的多种方法，并制作一台袖珍式简易“冰箱”，展示给大家。
（三）“物理在线”和“走向社会”指导
天气图：
利用气象卫星捕获的信息，借助计算机和网络技术，可以生成满足各种用户要求的天气图。
天气图是天气预报的重要依据，可限定在天气现象中涉及水的三态及三态变化的简单天气图知识，进行查询。
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