第二节 熔化和凝固
第1课时
知识与能力
1．了解晶体和非晶体的区别；知道一些物质的熔点。
2．知道熔化和凝固的含义。
3．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。
过程与方法
1．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。
2．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。
情感、态度与价值观
1．浓度对环境温度问题发表自己的见解。有关注环境温度的意识。
2．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。
3．关注自然现象，产生乐于探究自然现象的兴趣和欲望。
重点：通过实验探究归纳出晶体与非晶体在熔化过程中的本质区别，进一步总结出不同物质熔化和凝固的规律。
难点：根据实验记录的数据在方格纸上描绘固体熔化图像，根据图像叙述晶体和非晶体的熔化和凝固的特点。
一、导入新课
情景1：点燃一支蜡烛，过一会儿将其倒放往下滴蜡，下面用一块玻璃板收集蜡滴，学生很直观地看到了熔化和凝固现象。
问题1：蜡烛是什么状态的？蜡烛受热以后的蜡滴呢？蜡滴掉在玻璃板上以后又是什么状态？发生了哪些变化？
总结：蜡烛受热由固态变成了液态，液态的蜡滴又变成了固态的蜡。
问题2：所列举所了解到的熔化和凝固现象。
春天来了，湖面上的冰化成水；固态的铁、铝等金属块在高温下变成了液态等等，这些都是物质由固态变成液态的现象。冬天到了，气温下降，湖面上的水结成冰；工厂的铸造车间里，工人将铁水浇在模子里，冷却后，铁水变成了固态的铸件。
冰化成水是熔化，水结冰是凝固。铁、铝等金属块在高温下变成液态是熔化，铁水铸成工件是凝固。除此之外，蜡、松香、沥青、玻璃等物质也能熔化和凝固。
说明：通过引导学生思考，不但培养了学生善于观察思考的习惯，更重要的是让学生认识到了生活中的物态变化。
二、进行新课
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。
(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、实用高效的探究计划和实验设计方案。
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？是否自己寻找或自制？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蜡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烈的印象和反差。
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
教师引导：“家庭实验室”
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”。
第二节 熔化和凝固(第1课时)
1．晶体和非晶体
(1)晶体：有确定的熔化温度的固体叫晶体，晶体在熔化和凝固过程中，温度保持不变。
(2)非晶体：没有确定的熔化温度的固体叫非晶体；非晶体在熔化和凝固过程中，温度持续变化。
2．固体熔化
(1)晶体熔化时，吸收热量，温度保持不变。
(2)非晶体熔化时，吸收热量，温度不断升高。
(3)熔点：晶体熔化时的温度叫熔点；非晶体没有确定的熔点。
3．液体凝固
(1)任何物质凝固都要放出热量。
(2)凝固点：晶体凝固时也有确定的温度，这个温度叫凝固点。
(3)同一种物质的凝固点和它的熔点相同。
这一节的重要主要是探究晶体和非晶体在熔化时的御。在教学中，一定要做好实验，这是这节课成败的关键所在，同时适当加大练习题，以强化学生对知道的把握，同时结合生活中的实际例子，实现知识的迁移和运用，从而体现从物理走向社会的教育理念。
第2课时
知识与能力
1．认识自然界和日常生活中多种不同状态的物质和物态变化。
2．能用物态和物态变化知识解释身边发生的一些简单物理现象。
过程与方法
材料的发现和利用的过程。
情感、态度与价值观
1．感悟物态变化在改变物质世界和促进人类文明中的巨大作用。
2．树立可持续发展的意识。
重难点：材料的发现和利用。
一、导入新课
通过人类认识物态的历程，指出，随着科学技术的进步，人们对物质世界的认识会继续深入，更多的物态会被人们发现和认识。从而引入课题。
师：我们大家知道物质有固、液、气三种状态，但是除了这三种状态，物质还存在其他状态吗？(教师设疑：根据学生已有的知识，很难列举其他的状态)
生：(没有了)，学生从现时能接触到的生活实际，很难举出其他状态的例子。
师：好，老师给大家讲一个故事：2 500年前，亚马逊河流域的印第安土著就懂得用橡胶汁涂在脚上做靴子，但这种靴子只能穿一天，由于空气氧化，纯天然的橡胶很快就破碎了。直到1839年，美国人固特异发明了橡胶硫化处理技术，才使橡胶成为坚固耐用的材料。橡胶也就成了第一个实现工业化生产的聚合物。
说明：从生活中的常见的现象说起，有利于激发学生学习的兴趣和提高学习的积极性。
二、新知探求——物态变化在改变着世界
组织学生阅读材料同时看书上彩图5—2—11。
1．材料的发现和利用历史——从青铜器到太空晶体
媒体展示：在6 000年前左右人类开始掌握炼铜技术，使人类能利用青铜这种物质制造出比石器远为强大的生产工具，从而由新石器时代转入“青铜器时代”，这是农业社会的中级阶段。到了3 000－4 000年前人类又进一步掌握了炼铁技术，制造出诸如锄头、犁耙、钢刀、铁斧这类更加有效的工具，使生产力进一步发展，从而进入“铁器时代”。
媒体展示：科学家企盼着能在失重和高洁净的太空随心所欲地生产各种性能优良的材料，特别是单晶材料(单晶硅是生产芯片的重要材料)。科学家们在1983年12月发射的宇宙飞船空间实验室1号中，进行了制备单晶的实验，把在地球上生长单晶体的设备和方法，搬上太空实验室并制造出半导体硅和半导体锑化镓晶体，从而在人类的科学技术发展史上，写下了太空生长晶体的光辉一页。
2．物态变化规律的利用——从蒸汽机到热管
师：你听说过“水壶的故事”吗？故事中说，瓦特小的时候，看见炉子上壶里的水沸腾了。蒸汽把壶盖顶了起来，瓦特从中受到启发，长大后发明了蒸汽机，成为著名的发明家。其实，那只不过是传说而已，瓦特发明蒸汽机并不是他幼时的灵感，而是吸收前人的成果和他个人艰苦努力的结果。
水沸腾变成蒸汽不仅能提供动力(含蒸汽机和蒸汽轮机)，还为城市的集中供热提供了优越的方式。蒸汽机曾经引发第一次工业革命，蒸汽轮机、燃气轮机至今仍广泛应用于现代社会。
(及时对学生进行思想教育)：我们大家要学习瓦特的这种勇于发现、勇于创造、对知识对科学锲而不舍的态度。
师：1963年，George M．Grover科学家第一个发明并且成功的制造出了热管。它可以把高温部分的热量迅速传递到低温部分，使卫星各部分温度基本均匀，保证设备正常工作。那么热管为什么有这样大的传热本领呢？
生：阅读书P106页相关内容。
热管在航天技术中的神奇妙用，是由于它的特殊结构，但其核心的部分应是它对物态变化规律的运用。此外，热管还用于核电站、大型电机和电子系统的散热冷却。值得提及的是，未来全长1 142km的青藏铁路建设中，将迎对550km终年冻结的冻土区，为了达到稳定地基的目的，建设者们将广泛采用通风管路基、热桩(热管)、碎块石调温路基等冻土工程技术，这些都是物态变化规律的广泛应用。
其实热管的应用远不止于此。热管也并不神秘，学生完全可以自制热管、热桩。
师：下面把时间交给同学，我们进行一项设计：要求设计一个大热管，能高效地提取地球内部的地热，直接用于发电或采暖。
生：学生分组进行活动，并要求自己能有所创新，再发挥出更好的实例。
相互交流设计方案，师生共同对学生的设计评价，给予必要的表扬和肯定。
说明：本部分应将热管作为教学的载体，重点组织学生参与。通过学生的分组活动将本节课推向高潮，激发学生的学习热情，体验探究的乐趣、艰辛和成功的愉悦，同时锻炼学生的各方面能力，也将探究式教学更好的溶入课堂教学之中。
3．利用物态变化创造现代生活
人类发现、研究、利用物态和物态变化，正是为了创造现代生活。物态变化就在我们身边，物态变化规律的应用改善着人类的生活、医疗、文化、物态变化规律的应用促进着社会的进步和人类文明的发展。利用物态变化也经历过“蒸汽＋电气＋信息”等不同时代，对物态变化的不断深化的认识过程。在18世纪至19世纪工业革命中，工业的主要动力来自蒸汽机。今天，全球大部分的电能是由使用蒸汽轮机的发电厂生产的。到了20世纪后半叶，人类才开始认识到信息也可以作为一种资源，甚至是更为重要的资源。这时人工制造的单晶硅广泛应用在电子技术中，促进了信息时代的到来。从而使人类社会生产力获得空前未有的大发展、大解放，也带来人类物质文明的极大丰富与发展。
说明：通过大量的图片等资料，使学生真切体会到：物态变化就在我们身边，物态变化规律的应用改善着人类的生活、医疗、文化、物态变化规律的应用促进着社会的进步和人类文明的发展，进而形成科学的发展现。
第二节 熔化和凝固(第2课时)
(1)从青铜器到太空晶体。
(2)从蒸汽机到热管。
(3)利用物态变化创造现代文明。
