第五节 升华和凝华 教学设计Word文件下载.docx

第五节 升华和凝华 教学设计Word文件下载.docx

《第五节 升华和凝华 教学设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五节 升华和凝华 教学设计Word文件下载.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

观察法、讨论法．

●教学用具

试管、铁架台、石棉网、酒精灯、碘、樟脑丸、茶丸、挂图、烧杯、热水

●课时安排

1课时

●教学过程

一、创设情境，提出问题，引入新课

冰块吸热后熔化成水，再继续吸热就变成水蒸气，这是生活中常见的现象．物质吸热后能不能从固态直接变为气态呢？

学生们在思考、讨论

二、进入新课

［想想做做］

［师］现在往试管中放入少量碘，塞紧盖子后放入盛热水的烧杯里，观察到什么？

［生甲］固态碘不见了，试管内看到有紫色的气．

［生乙］这说明固态碘受热变成气态．

［师］从热水中拿出，再放入凉水中观察

［生甲］紫色的气不见了，试管壁上有黑色固态．

［生乙］这说明气态碘遇冷变成了固态．

［生丙］物质从固态直接变成气态叫升华．

［生丁］物质从气态直接变成固态叫凝华．

［师］同学们观察的很仔细，回答的也很好．

1．升华和凝华

升华（sublimation）——物质从固态直接变成气态叫升华

凝华——物质从气态直接变成固态叫凝华．

［师］生活中有升华和凝华的例子吗？

［生甲］冬天，室外湿衣服中的水会结成冰，但冰冻的衣服也会干，这是因为冰升华为水蒸气．

［生乙］冬天寒冷的早晨，室外物体上常常挂着一层霜，霜是空气中的水蒸气直接凝华而成的小冰粒．

［生丙］衣柜里防虫用的樟脑球，过一段时间就会变小，最后不见了，这是一种升华　　现象．

［生丁］寒冷的冬天，早晨玻璃上出现冰花，这是室内的水蒸气，遇到冷玻璃，凝华成固态冰，形成冰花．

［生戊］冬天，树枝上出现“雾凇”，这些都是凝华现象．

［师］同学们回答的非常好，我们鼓掌进行鼓励．我们知道熔化和汽化需要吸热，凝固和液化要放热，那么升华和凝华呢？

［生甲］升华需要吸热，因为做实验时我们加热了．

［生乙］凝华是放热，因为放入凉水中了．

［师］升华要吸热，凝华要放热．

2．升华过程要吸热，凝华过程要放热（板书）

［师］阅读“科学世界”，能否用我们所学的“物态变化”知识对此现象做出解释．

［生甲］是雪升华了，变成水蒸气．

［生乙］是雪熔化后渗下去的．

三、小结

本节课我们学了升华和凝华两个概念．并通过实验知道了升华要吸热、凝华要放热．

四、布置作业

P85动手动脑学物理1，2，3

［动手动脑学物理习题参考答案］

1．调查得出答案，或经长期观察得出答案．

2．由于空气的凝华，冻肉出冷库后有一部分水附在肉上，所以出库后会使重量稍有增加，只要是在一个合理的误差范围内（如0．5%）是允许的．这与一些非法商贩将肉注水是不同的．

五、板书设计

1升华和凝华

升华（sublimation）——物体从固态直接变成气态叫升华．

2升华吸热；

凝华放热

升华过程要吸热、凝华过程要放热．

六、课后练习

1．下列各种现象中，属于升华现象的是

A．早晨有浓雾

B．冬天，室外冰冻的衣服干了

C．屋顶上的瓦上结了一层霜

D．水结成了冰

2．下列物态变化中属于凝华的是

A．铁水被浇铸成工件

B．冰冻的衣服也会干

C．冬天寒冷的早晨，室外物体上常常挂着一层霜

D．冬天用湿手摸室外的铁器时，觉得粘手

3．寒冷的冬天，在窗玻璃上常会出现“窗花”，下列说法中正确的是

A．窗花在玻璃的内表面，是升华现象

B．窗花在玻璃的内表面，是凝华现象

C．窗花在玻璃的外表面，是升华现象

D．窗花在玻璃的外表面，是凝华现象

4．在舞台上喷洒干冰（固态CO2）可以产生白雾，形成所需的效果，这种雾气是

A．二氧化碳气体迅速液化而形成的小液滴

B．干冰迅速熔化后再蒸发形成的气体

C．干冰迅速升华变成的气体

D．干冰使空气中的水蒸气液化形成的小水珠及凝固形成的小冰晶

5．用久的灯泡会发黑，是因为钨丝发生了下列哪种现象

A．凝固　　　　　　B．升华

C．凝华D．先升华后凝华

6．下列物质中，由水蒸气凝华而形成的是

A．露B．雾

C．雹D．雪

7．下列物态变化过程中，属于升华现象的是

A．放在衣橱里的樟脑丸变小

B．花盆里的潮湿泥土变干

C．夏天，冷饮杯外壁有小水珠

D．秋天，屋顶瓦上结霜

［参考答案］

1．答案：

B

解析：

升华现象是物体由固态直接变成气态，它不经过液态，因此A选项浓雾是液化现象，它是水蒸气遇冷液化为小液滴，B选项是升华现象，它是冰冻的衣服直接变成水蒸气．C选项霜是凝华现象，它是水蒸气遇冷凝华而成的．D选项是凝固现象，它是水达到凝固点，再放热形成的．

2．答案：

C

凝华现象是物体由气态直接变成固态，它不经过液态．A选项铁水浇铸成工件是凝固过程；

B选项冰冻的衣服变干，是因为固态冰直接变为气态的水蒸气，因此是升华现象；

C选项霜的形成是空气中的水蒸气遇冷直接形成固态的小冰晶，它是凝华现象；

D选项，湿手是指液态水，粘手是指水滴遇冷结成冰，它是由液态变为固态的凝固过程．

3．答案：

寒冷的冬天，窗玻璃的温度很低，室内空气的温度相对较高若空气中的水蒸气含量较高，水蒸气在很冷的窗玻璃上就会放热凝华成固态的窗花，所以窗花在玻璃的内表面．所以选项B正确．

4．答案：

D

因为干冰在常温下易升华，干冰升华时要从周围的空气中吸热，使周围的气温急剧下降，空气中的水蒸气就遇冷液化形成小水珠，部分小水珠又继续放热凝固形成小冰晶，这些小水珠和小冰晶浮在空中，就是我们看到的漂渺的雾气．选项D正确．

5．答案：

灯泡使用时，灯丝发热且温度很高，有些钨会升华变成气体，当钨蒸气遇到温度低的灯泡壁时在灯泡内壁凝华而成固体小颗粒．久而久之灯泡就会发黑，所以选项D正确．

6．答案：

露、雾是水蒸气液化形成小水珠，如果雨在落下时骤然遇到0℃以下的冷空气，雨便凝固成冰块，冰块若遇地面向上的风暴把冰块向上吹入热空气层中，这层空气中的水蒸气便凝结在冰块四周，下落时又遇有0℃以下的冷空气上升时，冰块外面又结一层冰，如此反复上下，到冰块很大时，形成雹；

如果露点低于0℃，在高空中的水蒸气凝华成雪．所以D正确．

7．答案：

A

A选项是升华现象；

B选项是蒸发；

C选项是液化现象；

D选项是凝华现象．

●活动与探究

［课题］露、霜、雾、雨、云、雹和雪的成因

［内容］自然界中有很多自然现象都和物理有关．其中的雾、露、云、霜、雪、雹是常见的自然现象，那么它们是怎么形成的？

［过程］提出问题后，学生们开始思考，讨论．

［师］如果要解决，就要弄清几个问题

第一：

空气中总是含有水蒸气的，这是江、河、湖、海以及大地表层中的水，不断地蒸发而来的，当含有很多水蒸气的空气升入高空时，水蒸气温度降低液化成小水滴或凝华成小冰晶，这些很微小的颗粒，能被空气中上升气流顶起，形成浮云，所以云是由大量的小水滴和小冰晶组合而成的．

　　第二：

云中的小水珠和小冰晶越来越大，达到一定程度时，上升气流无法支持，就会下落．在下落过程中，冰晶熔化成水滴；

与原来的水滴一起落到地面，就形成了雨．

第三：

露是水蒸气液化形成的小水珠．在地面上草、木、石块等固体由于辐射热量，它们的温度下降速度快于空气温度的下降，当草、木、石块等物降到某一温度而使附近的空气达到露点时，则有水珠凝结在这些物体上形成露．

霜是水蒸气凝华形成小冰晶，出现在地面上．当露点低于0℃时，则水蒸气直接凝华在地面物体上形成霜．人们有这样的经验：

有风或有云的夜间不会有霜有露，这是由于有风时地面的空气不易达到饱和；

有云时也有热量辐射到地面，地面温度不易达到露点的缘故．

雾是水蒸气液化成小水珠，附着在离地面稍远的空气中的尘埃上形成的．

如果雨在落下时骤然遇到0℃以下的冷空气，雨便凝固成冰块，冰块若遇地面向上的风暴把冰块向上吹入热空气层中，这层空气中的水蒸气便凝结在冰块四周，下落时又遇有0℃以下的冷空气上升时，冰块外面又结一层冰，如此反复上下，到冰块很大时，形成雹落下，这就是可怕的冰雹．

如果露点低于0℃，在高空中的水蒸气便直接凝成小冰晶，这就是美丽的雪花了．

●备课资料

1．什么是干冰

二氧化碳气体若被加压、降温到一定程度，就会形成白色的、像雪一样的固体．这种固体不经熔化就可直接变成气体．所以叫“干冰”．

干冰具有很好的致冷作用，如制造冰淇淋．“干冰”还是良好的保鲜剂．鱼、肉和其他易腐烂的食物装船运送几千里远，可用“干冰”保鲜这些食品．鸡蛋用“干冰”冷冻保鲜几乎是无限期的．把玫瑰花放在二氧化碳气体中，花蕾可保持三天不开花．

“干冰”可用于人工降雨．闷热的夏天迟迟不下雨，就可将装有“干冰”的炮弹射到乌云密布的天空．不一会儿，瓢泼大雨倾盆而下．这是由于“干冰”气化吸热，促使水蒸气凝结成水滴，造成了人工降雨．

2．升华和凝华

物态的变化并不总是按照固态、液态、气态或者气态、液态、固态的顺序进行，有的时候，有些物体的物态变化也可以在固态和气态之间直接进行．在热学上，物体由固态直接转化为气态，叫做升华；

物体由气态直接转化为固态，叫做凝华．

升华或凝华现象，在我们的日常生活中常常可以看到．在严寒的冬天，洗后的衣服挂在室外，由于气温在0℃以下，湿衣服上的水很快就结为冰．尽管这些冰不会熔化，但时间长了，衣服还是会干的，这就是因为冰升华为水气跑掉了．放置在衣箱里的卫生球或樟脑块，会逐渐变小，最后完全消失，只剩下一些黑色粉末状杂质，这也是升华现象．春天和秋冬早晨出现的霜，这是在温度下降到0℃以下时，由水蒸气直接凝固而成的，是一种凝华现象．

大多数固体物质的升华现象很不明显，只有部分固体物质容易升华．在生产中，人们常常用升华的方法来提纯一些容易升华的物质．例如，在化工生产中，就是利用升华的方法来提纯樟脑、碘、硫等物质．早在两千多年前，我国古代的一些人就会利用升华和凝华的方法，来提纯一些化学药品．所谓的“炼丹”就是一个例子，具体方法是：

把天然的红色硫化汞放进炼丹鼎里煅烧，硫被氧化成二氧化硫，分离出金属汞；

汞又和硫黄化合，生成黑色硫化汞．黑色硫化汞受热后升华，把它的蒸气收入一个容器中冷却凝华，就形成了结晶的红色硫化汞．

结晶的红色硫化汞可以说是人类最早通过化学方法制成的产品之一，也是我国古代“炼丹”活动中的一项重要成果．虽然炼丹家在炼丹活动中渗进了一些迷信色彩，如把红色硫化汞叫做还丹，反复加热和凝华后，又叫做九转还丹，还说人吃了它会长生不老，这是错误的，骗人的，应该摒弃．但是古代的“炼丹”活动，还是为人类积累了不少有用的知识，提供了一些化学药物．

3．玻璃窗上结的冰，为什么会有各种各样的花纹？

数九寒天，早晨起床一看玻璃窗，呀！

上面净是白花花；

有的像兰花，有的像马尾松，也有的像一朵朵的花．

是谁在一夜之间，在玻璃上描绘了这么美丽的图画呢？

除了大自然，还有谁呢？

这是严寒用冰描绘出来的．

冰吗，我们谁都看到过，要不是结在水里一块一块的，就是像雪花那样六角形的，可谁看到还像兰花，马尾松……那样的冰呢？

是的，结在水里的冰是一块一块的，那是因为水分子比较密，大量的水在结冰的时候，冰晶都互相缠结起来了；

雪花是六角形，主要是水蒸气分子比较疏，在凝结时，又没有受到外界不均衡的压力，冰晶以它自有的角度构成它的外形．其实，大块的冰，它的冰晶也是六角形的，因为彼此纠缠着，我们看不出罢了；

就像小粒的盐，我们可以看出它是呈六面形的结晶体，而大块的盐，看不出它的本来面目一样．

玻璃窗上的冰花，原来也是六角形，当最初的冰晶形成之后，就逐渐向四周发展，这时候的情况就复杂起来了；

有的时候风力大，有的时候风力小；

而且玻璃有的光滑，有的毛糙，有的玻璃上积有微垢，有的一尘不染．这样水蒸气蒙上去的时候，就不均匀了；

有的地方水蒸气积得多些，有的地方少些，也有的地方十分少．当冰晶向四周延伸的时候，遇到水蒸气积聚多的地方，水就结得厚些，少的地方就薄些，十分少的地方就结不起来，或者是结了，遇到一点点热或压力，又融化了，因此形成了各种各样的花纹．这就跟我们画画一样，颜料用的多些，画上的颜色就浓些，少些就淡些，不着颜料的地方，就只剩画纸的原来颜色．

4．冬季话雪

我们都知道，云是由许多小水滴和小冰晶组成的，雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的．那么雪是怎么形成的呢？

在水云中，云滴都是小水滴．它们主要是靠继续凝结和互相碰撞合并而增大成为雨滴的．

冰云是由微小的冰晶组成的．这些小冰晶在互相碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会相互沾合而重新冻结起来．这样重复多次，冰晶便增大了．另外在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长．但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽多，凝华增长很慢，相互碰撞的机会也不多，所以不能增长到很大而形成降水．即使引起降水，也往往在下降途中被蒸发掉，很少能落到地面．

最有利于云滴增长的是混合云．混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的．当一团空气对于冰晶来说已经达到饱和的时候，对于水滴来说却还没有达到饱和．这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上“吸附”水汽的现象．在这种情况下，冰晶增长的很快．另外，过冷却水是很不稳定的，一碰它，它就要冻结起来．所以，在混合云里，当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结附在冰晶表面上，使它迅速增长．当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面上，这就是雪花．

在初春和秋末，靠近地面的空气在0℃以上，但是这层空气不厚，温度也不高，会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面，这叫做降“湿雪”或“雨雪并降”．这种现象在气象学里叫做“雨夹雪”．

同样，雪的大小也按降水量分类．雪可分为小雪、中雪和大雪三类，24小时降水量小雪2．5以下，中雪2．6~5．0，大雪5．0以上；

几小时降水量小雪1．0以下，中雪1．1~3．0，大雪大于3．0．

那为什么雪花的基本形态是六角形的柱状或片状呢？

这和水汽凝华结晶时的晶体习性有关．水汽凝华结晶成雪花和天然水冻结的冰都属于六方晶系．我们在博物馆里很容易被那纯洁透明的水晶所吸引．水晶和冰晶一样，都是六方晶系，不过水晶是二氧化硅的结晶，冰晶是水的结晶罢了．

六方晶系具有4个结晶轴，其中3个辅轴在一个基面上，互相以60度的角度相交，第4轴（主晶轴）与3个辅轴形成的基面垂直．六方晶系最典型的代表就是几何学上的一个正六面柱体．当水汽凝华结晶的时候，如果主晶轴在其他3个辅晶轴发育的慢，并且很短，那么晶体就形成片状；

倘若主晶轴发育很快，延伸很长，那么晶体就形成柱状．雪花之所以一般是六角形的，是因为沿主晶轴方向晶体生长的速度要比沿3个辅晶轴方向慢的多的缘故．

对于一片六角形的雪片来说，由于它表面曲率不等（有凸面、平面和凹面），各面上的饱和水汽压力也不同，因此产生了相互间的水汽密度梯度，使水汽产生定向转移．水汽产生转移的方向是凸面→平面→凹面，也就是从曲率大的表面、移向曲率小的表面．六角形雪片六个棱角上的曲率最大，边棱部分的平面次之，中央部分曲率最小．这样就使六角形雪花一直处在定向的水汽迁移过程中．由于棱角上的水汽向边棱及中央输送，棱角附近的水汽饱和程度下降．因而产生升华现象．中央部分由于得到源源不断的水汽而达到饱和，产生凝华作用．这种凝华结晶的过程不断进行，六角形雪片逐渐演变成为六棱柱状雪晶．

这是假定外部不输送水汽的理想状况．事实上，事物与周围环境保持着密切的联系，空气中总是或多或少存在着水汽的．如果周围空气输入水汽较少，少到不够雪片的棱角向中央输送水汽的数量，那么雪片向柱状雪晶的发展过程继续进行．在温度很低和水汽很少的极地地区和高纬地区，便因为这种原因经常降落柱状雪晶．

空气里水汽饱和程度较高的时候，出现另外一种情况．这时周围空气不断地向雪片输送水汽．使雪片快速地发生凝华作用．凝华降低了雪片周围空气层中的水汽密度，反过来又促进外层水汽向内部输送．这样，雪片便很快地生长起来．当水汽快速向雪片输送的时候，六个顶角首当其冲，水汽密度梯度最大．来不及向雪片内部输送的水汽，便在顶角上凝华结晶；

这时，顶角上会出现一些突出物和枝杈．这些枝杈增长到一定程度，不会分杈次级分杈与母枝均保持60度的角度，这样就形成了一朵六角形星形的雪花．

在高山或极地的晴朗天气里，还可看到一种冰针，像宝石一样闪烁着瑰丽的光彩，人们把它叫做钻石尘．冰针的生长有两种情况：

一种是在严寒下（-30℃以下）湿度很小时水汽自发结晶的结果，另一种是在温度较高（-5℃左右）湿度较大时沿着雪片某一条辅轴所在的顶角特别迅速生长的产物，是雪花的畸形发展．

形形色色的雪花晶体在天空形成的，当它们的直径达到50微米时，便能克服空气的浮力而开始做明显的下降运动，一边飘逸下降一边继续生长变化．这样一来，便产生了形式纷纭繁多的雪花．我们只要把它们接纳在黑呢子或黑天鹅绒上，就能用肉眼初步辨别出它们的形态来．

5．云雾产生诺贝尔奖

1894年秋天，英国物理学家威尔逊在苏格兰一个山上度假．山顶上经常云雾缠绕，变幻万千，游客们都被这迷人的景色所陶醉，威尔逊却突发奇想，要在实验室里制造云雾．

回到实验室，威尔逊研究归纳了产生云雾的条件：

一个是空气中的水蒸气必须处于饱和状态，否则水蒸气不会凝结成小水珠；

另一个条件是空气中要有一些“凝结核心”，通常，空气中的尘埃起凝结核心的作用，这些微小颗粒上面经常聚集了一些电荷，这些电荷会将过饱和水蒸气凝结成小水珠，无数直径很小的小水珠悬浮在空气中，构成了云雾的雾滴．

作为物理学家的威尔逊，除了弄清楚云雾的生成条件外，还想能否利用这个发现来研究物理现象呢？

威尔逊在一个干净的瓶子里（即里面没有任何凝结核心）形成过饱和蒸气，这时如果有一个带电的微观粒子闯了进去，那么在其周围会凝结成一个雾滴、随着粒子的运动，在其运动轨迹上，就有一连串雾滴组成为一条径迹，这样，就把人们闭眼看不见的微观粒子的运动轨迹，变成了人眼能看见的由一连串雾滴组成的径迹．威尔逊发明的这个装置叫“云室”，他因这项发明而荣获1927年的诺贝尔物理学奖．