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八年级物理上八年级物理上第第 2 节节 熔化和凝固熔化和凝固第 2 节 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、教学实施建议 (一) 教学过程 本节安排 3 个教学板块:(1)认识晶体;(2)实验探究固体熔化过程的规律;(3)液体的凝固。 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: 进一步巩固使用酒精灯或无烟腊加热物体的规范要求。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。 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。 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 23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。 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: 激活学生寻找和比较数据规律的需要。 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。 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。 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。 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:达到熔点;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。 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。 引导学生用分子动理论初步解释熔化的吸热过程。 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 教科书对液体的凝固处理较为粗略,教学中可引导学生采用有意的接受学习方式进行。 (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:达到凝固点;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。 (二)材料准备与实验设计 1.实验材料准备 本节教学需要准备的材料有温度计、试管、酒精灯或无烟腊、铁架台等。 冰块、海波、峰蜡、松香等均由实验室统一制备。其中冰块由实验室用电冰箱统一制备,学生只需按设计要求制成碎冰即可使用。海波,化学名称“硫代硫酸钠”,分子式Na2S2O3 ,商用海波常为较大的晶粒,通常在试剂商店或照相器材商店有售。海波熔点为 48,因含有杂质可略有不同。 顺便提及,以往教学中常选固态萘(熔点为)作为研究熔化和凝固过程的实验器材,因为萘在加热过程中会放出有毒挥发物,现已废止。 2.实验设计 图 5-2-1 (1)在用大苏打(硫代硫酸钠)做晶体熔化实验时,试管中晶体粉末不宜过多,只要全部熔化后仍能浸没温度计测温泡即可。实验中温度计测温泡不要和试管壁接触,为了使晶体粉末受热均匀,可在粉末中混一些碎的细铜丝,加热时应不断搅拌。为了缩短加热时间,不要用冷水,起始温度可高些(3540之间),每隔 l 分钟记录 l 次温度,大苏打的熔点在 4749左右(由于总会含有杂质,一般不可能正好是 48)。实验时,最好用另一温度计测水温。如果环境温度太高,水温上升太快,会使大苏打熔化太快,画出熔化图线的平直部分太短。为了充分显示晶体熔化时温度不变的特性,加长曲线的平直部分,实验中当加热到大苏打开始熔化时,应适当减缓加热,甚至停止加热一会儿,让大苏打逐步从 5060的水中吸热熔化。从开始熔化到全部熔化大约持续 4 分钟左右温度不变,整个实验中约需记录 1215 个数据,持续 15 分钟。纵轴起始温度应为 35,所标温度范围 3560。 (2)探究冰的熔化规律: 用图 5-2-1 所示的学具装置也可以探究冰的熔化规律。注意观察状态变化过程,并且每隔 10 秒钟记录一次温度,直到全部熔化后再过 2 分钟为止。 (3)利用电冰箱研究水的凝固过程: 可安排为课外实践活动,意在对课堂教学中液体凝固类比结论的验证。 四、发展空间 (一) “自我评价”参考答案 ,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。 五、教学资源 (一)教学视频 1.晶体世界(见“教师备课系统”光盘) 2.火山(见“教师备课系统”光盘) 3.太空材料(见“教师备课系统”光盘) (二)参考资料 1.温度计的发展 温度计是测温仪器的总称。依据所用测温物质的不同和测温范围的不同,有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计等。 世界上第一支温度计是意大利科学家伽利略于 1593 年发明的。那时的温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有一个玻璃泡(如图 5-2-2)。使用时先给玻璃泡加热,然后把玻璃管插入水中;测温时将玻璃球与不同温度的物体相接,由于管内空气的热胀冷缩,玻璃管 图 5-2-2 伽利略发明的第一支温度计 中的水面就会上下移动,根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差大。后来伽利略的学生和其他科学家做了各种改进,其中比较突出的是法国人布利奥在 1659 年制造的温度计,他把玻璃泡的体积缩小,并把测温物质改为水银,这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。之后德国人华伦海特在 1709 年利用酒精,在1714 年又利用水银作为测量物质,制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度;经过反复实验与核准,最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为 0,把纯水凝固时的温度定为32,把标准大气压下水沸腾的温度定为 212,用代表华氏温度,这就是华氏温度计。 在华氏温度计出现的同时,法国人列缪尔(16831757)也设计制造了一种温度计。他把冰点和沸点之间分成 80 份,定为自己温度计的温度分度,这就是列氏温度计。 1742 年,瑞典人摄尔修斯改进了华伦海特温度计的刻度,他把水的沸点定为零度,把水的冰点定为 100 度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的
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