八年级物理上册4.3探究熔化和凝固的特点教案（新版）粤教沪版

第四章
3探究熔化和凝固的特点
1．教学目标
◆知识与技能
⑴知道什么是熔化和凝固。知道晶体和非晶体熔化和凝固的特点。了解熔化曲线的物理含义。
⑵知道什么是熔点和凝固点，会查熔点表。
⑶能用熔化和凝固的知识解释有关的简单热现象。
◆过程与方法
⑷经历探究晶体和非晶体熔化和凝固特点的过程，学会作晶体和非晶体熔化的“温度—时间”图像，体会到图像法能够直观地表示物理量间的变化关系。
◆情感态度与价值观
⑸通过经历探究晶体和非晶体熔化和凝固特点的过程，培养耐心细致地观察现象、实事求是地收集数据、认真分析总结规律的科学态度。
2．教材说明
本节主要研究物质熔化和凝固的特点：即以冰和蜡为代表进行实验探究，通过收集数据、描绘图像、对比分析，总结出物质熔化和凝固的特点，认识晶体和非晶体，并学习对比法、图像法等科学方法。
熔化和凝固是生活中常见的物态变化现象，熔点和凝固点是研究物质的物理性质的基础。关于物质的熔化，让学生经历较为完整的科学探究过程，这个探究实验无论是装置、操作，还是晶体和非晶体熔化时的“温度—时间”图像，都比上一节探究沸腾要复杂一些，对学生探究能力的要求更高了，所以教材将其编排于《探究汽化和液化的特点》之后。
本节的编写思路是：从学生比较熟悉的“冰化水，水结冰”现象中，直接给出熔化和凝固的定义，然后让学生经历一个比较完整的科学探究过程，即仿照研究水沸腾的实验，设计并进行实验探究冰地熔化特点，描绘出冰熔化时的“温度—时间”图像。然后针对学生对该实验的疑点，教材采用卡通画的形式生动活泼的展示出来，引导学生讨论争辩，一方面加深对冰的熔化特点的认识，另一方面对该实验进行评价，同时引出研究石蜡的熔化和凝固。通过活动1的实验研究，描绘出石蜡的“温度—时间”图像，再对两个图像进行对比，总结出它们在熔化时的不同特点，从而引出晶体和非晶体以及它们的区别，引出熔点和凝固点。最后将物态变化应用于生活实际中，通过“信息浏览”介绍液晶。
同旧教材相比，新教材把晶体和非晶体熔化的演示实验改为探究性实验，符合《课程标准》中“通过实验探究物态变化过程”的要求，另外新教材用冰代替旧教材中的萘或海波，取材方便、贴近生活、容易成功。通过“信息浏览”介绍液晶，“将生活和自然界中的一些现象与物质的熔点或沸点联系起来”，这也是新教材的一个特点。
本节教学重点：教材通过对冰的熔化过程的实验探究，再一次展现了科学探究的主要环节，让学生经历基本的科学探究过程，学会用图像法对探究结果进行分析论证，这既是培养学生探究能力的好素材，又是学习晶体和非晶体、熔点和凝固点等知识的基础。
本节教学难点：由于初中学生对“晶体熔化时温度不变”缺乏感性认识，加之受数学知识水平的限制，所以让学生描绘晶体熔化的图像，并根据图像分析晶体和非晶体的特点，是本节教学的难点。
3．教学建议
本节让学生在实验探究的基础上，认知晶体和非晶体熔化的特点，学习熔点和凝固点等知识，所以让学生做好探究固体熔化特点的实验，是教好本节的关键。
关于课提的引入，可以先做一个小实验：点燃一支蜡烛，过一会儿，将其倒过来倾斜放置往下滴蜡，下面用一块玻璃板收集蜡滴。让学生直观的观察到：蜡烛受热后由固态变为液态，滴到玻璃板上由于冷却又由液态变为固态。
如果有条件，还可以借助于多媒体播放“寒冬腊月，滴水成冰；春暖花开，冰雪消融”的情景，引入新课，这样更可以激发学生学习物理的兴趣和亲近自然的情感。
关于熔化和凝固的定义，可以请学生自己归纳。在上述引入新课的基础上，先引导学生分析：上面的现象中物质的形态发生了怎样的变化？由于学生对物质的三态等知识已掌握，所以很容易就可说出是固、液之间的变化，在此基础上教师指出：这两个过程分别叫做熔化和凝固。
为了加强学生对熔化和凝固的认识，可进一步请学生列举所知道的熔化或凝固现象。由于熔化和凝固现象比较常见，学生有丰富的生活经验作基础，会举出很多例子，如：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……这些都是熔化现象。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……这些都是凝固现象。通过举例，将物理知识与学生生活的密切联系起来，使学生对物理产生“亲切感”，激发他们学习物理的兴趣。
熔化和凝固
研究晶体熔化的特点时，旧教材一般用萘或海波做熔化实验，由于萘对人体有危害，海波不易保存，且海波含有结晶水后，测出的熔化温度误差较大；考虑到冰箱已经普及和方便取材、操作，所以本教材建议用冰做熔化实验。
跟探究水的沸腾一样，研究冰的熔化特点也是一个比较完整的科学探究过程，应充分发挥学生的自主性，让学生积极参与。
●提出问题
可以从学生的生活经验出发，引导学生发现问题，或者教师创设一些情境，引发学生思考。例如，教师可出示一只装有碎冰的烧杯，问学生：你能否将冰变为水？你认为在这个过程中它有哪些变化？
结合生活经验，学生都能说出使冰熔化需要对它加热，冰在熔化过程中物质状态发生了改变。但对“温度是否变化”会出现分歧：一部分学生认为既然对冰加热，它在熔化过程中温度当然要升高；另一部分学生认为，既然“摄氏温标规定冰水混合物的温度是0℃”，那冰在逐渐熔化为水的过程中温度应保持在0℃不变。这样，学生就能提出问题：冰在熔化成水的过程中，温度会不会变化？
●制定计划与设计实验
提出问题后，让学生先粗略说出验证猜想的方案，学生容易想到：把冰放在烧杯中，对它加热，观察冰的状态变化，并记录温度，观察温度是否升高（或不变）。在此基础上再进一步讨论需要准备哪些器材、测量和记录哪些数据、如何测量等。
教学中要调动全体学生的思维，让设计较好的学生讲解他们设计的方案，使同学们的不同想法都能在全体学生面前表达出来。教师对切实可行的方案予以肯定、表扬，对不足之处引导学生讨论和改进。这样不仅体现了面向全体学生的原则，同时也激发了学生学习的热情，活跃了课堂气氛。
关于“水浴法”加热，学生第一次遇到，可引导学生自读教科书图4-27及相关内容，然后可以让学生谈谈水浴法的好处，如：使冰受热均匀，减慢状态变化过程，便于观察。
●进行实验与收集证据
冰熔化的实验探究是本节教学的关键，没有这个实验，学生的思维活动就缺少了支撑点，所以，本探究活动要求全体学生参与。为保证学生顺利完成实验，教师在实验前应做好组织工作，帮助学生分好小组，4人一组，（按报时、报温度、报状态、记录和照顾仪器等分工），注意协作能力和团队精神的培养。
教师在准备实验时要注意以下几点：
a．尽可能用碎冰（是用纯水放在冰箱里制成的，用时尽可能敲碎）。
b．用大号的试管，冰不能太少，约3―4cm深。
c．为使冰熔化过程慢一些，可在烧杯中多放些水。
为使温度计与冰块充分接触，还可以这样准备实验：取一只烧杯，在烧杯中放入碎冰，并加适量盐，使其温度降至–5℃以下，然后把装有深3―4cm纯水的试管放入碎冰中，温度计竖直放入水中，让水降温并凝固，观察温度计示数，待试管中的水完全凝固并降温至–2℃以下时，将试管拿离碎冰，然后观察试管中冰的熔化过程。
实验时如气温较高，可以让冰在室温下自然吸热熔化，这样测量出的数据会更准确。选用的冰，温度最好在–2℃以下，这样可以完整的展示出“熔化前冰吸热升温——熔化时温度保持不变——熔化后水吸热升温”的全过程。
为了增强学生的安全意识，尽管在探究水的沸腾实验中已使用过酒精灯，本实验前，教师还要结合挂图或上节课的实验情况强调酒精灯的正确使用方法，尤其是点燃或熄灭酒精灯的方法，还要准备几块湿抹布，以防万一。
学生实验时，教师巡视其间，及时解决学生在实验中遇到的困难，注意发现学生操作上的错误而给予纠正。如温度计的玻璃泡不能靠近管壁，但不要放在冰的正中，而是中间偏下位置。
指导学生绘制“温度—时间”图像：实验结束后，仿照水的沸腾图像，让学生在教科书图4-28中标出各个时刻所记录的温度，用平滑的曲线把这些点连接起来，得到冰熔化的“温度—时间”图像。这个环节，教师可指导学生按照以下步骤进行：①在教科书图4-28上描点；②连接各点画出比较流畅的曲线；③思考曲线所反映的物理意义。
●分析和论证
利用多媒体展示学生绘制的冰熔化的“温度—时间”图像。引导学生们通过对比发现：各组的曲线虽然不完全相同，但是大致形状如图4.3-1所示，即分为AB、BC和CD三段。
为引导学生对图像进行分析思考，可提出以下问题：
①AB段对应的时间内物质是什么状态？温度怎样变化？（答：AB段所对应的时间内物质是固态，温度升高）
②在曲线上的哪一点冰开始熔化？（答：B点）
③在BC段对应的时间内，物质的状态如何？温度是否变化？这段时间是否加热？（答：BC段所对应的时间内固态和液态共存，温度保持在0℃左右不变。此时仍在继续加热，即冰仍在吸热）
④在CD段对应的时间内物质是什么状态？温度如何变化？（答：是液态，冰已经熔化完毕，继续加热，水的温度升高）
冰熔化过程的特点是：冰开始熔化时的温度是0℃；冰在熔化过程中，继续吸热，温度保持不变；冰全部熔化为液体时，继续加热，温度升高。
“教材图4-29”是4位学生对冰的熔化实验的反思和评价。这4位同学思考的问题正是该实验要深入研究的，也是我们的学生对该实验的疑问，可引导学生通过讨论、争辩来解决。对该实验的评价，还可以让学生根据自己的实验情况，发表见解。例如，有的学生把测量的温度点连接起来时，可能发现熔化过程不是直线而是折线，可以组织学生进行讨论、交流、分析，让学生谈谈他们的结果为什么跟其他同学的有差异，教师还要鼓励学生对实验装置和实验步骤进行评价，提出新的实验方案。通过以上教学，让学生明确评估、交流与合作，是科学探究中非常重要的环节。再利用教材图4-29中提出的问题：“是否所有固体熔化时都是这样呢？”引出研究石蜡的熔化和凝固实验。
“活动1 ”的目的是：观测石蜡熔化和凝固的过程，获得感性体验，描绘其熔化凝固的图像，并与冰的晶体熔化特点对比，引出晶体和非晶体这两个概念。
为了节省时间，教学时也可将活动A和冰的熔化实验同步进行，一部分小组探究冰的熔化，另一部分做石蜡熔化的实验，最后通过交流对比，发现不同的固体物质在熔化过程中温度变化特点是不同的。
关于实验的改进：该实验的器材和冰的熔化实验相仿，但冰可以研成较细的碎末，而石蜡只能切削成薄的碎片，而这些碎片又是卷曲的，用这种碎片做熔化实验，由于卷曲的碎片间空气的干扰，实验效果不好，即每次实验得到的图像差异大。如果先把温度计插入石蜡碎片中，将蜡的碎片先熔化再凝固，排除了碎片中的空气，用凝固后的石蜡做熔化实验，实验效果会更好。
活动1中的A和B两个实验过程可“一气呵成”，实验完后再描绘石蜡熔化的“温度—时间”图像。
石蜡熔化的“温度—时间”图像大体上如图4.3-2所示，通过与冰熔化的“温度—时间”图像对比可知：
冰在熔化的过程（开始出现液体到全部变为液体）中，温度保持不变。石蜡在熔化的过程中，温度不断升高。
由于课堂教学时间所限，液体凝固的图像不要求学生描绘，教师可引导学生思考：凝固是熔化的反过程，它的过程与熔化相反，根据熔化过程的研究结果，通过逆向思维，推断物质凝固的特点，实现知识的迁移。然后教师用多媒体投出事先画出的冰和石蜡凝固的图像（如图4.3-3和图4.3-4所示）
为加深学生对物质熔化、凝固特点的理解，并使学生进一步熟悉“图像法”，可根据图4.3-3中冰的凝固图像，设计如下的练习题：
①DE段：冰是____态，____热(填"吸"或"放")，温度______。
②EF段：冰的状态是______，____热，温度______。
③FG段：冰的状态是______，____热，温度______。
晶体和非晶体
通过以上步骤，学生自然会产生疑问：同样是固体，为什么冰在熔化和凝固过程中温度不变，石蜡在熔化和凝固过程中温度变化呢？由此引入晶体和非晶体的学习。
本部分内容可让学生通过阅读自学，并结合前面的学习，参照下表总结出晶体和非晶体的不同点、相同点，培养学生的获取信息能力和归纳整理能力。

晶体 非晶体
不同点 外形 有规则的几何外形 没有规则的几何外形
熔化（凝固）时温度的变化 熔化（凝固）时温度保持不变——熔点（凝固点） 熔化（凝固）时温度不断上升（下降），没有熔点（凝固点）
相同点 熔化（凝固）过程吸热（放热）

关于“几种晶体的熔点”，教师要引导学生认真阅读教科书上的数据表，注意表中的单位（℃），选择有代表性的几种晶体（例如冰、固态酒精等），读出它们的熔点并加以解释。可以设计如下一些问题让学生自学后讨论，考查学生查数据表及灵活运用数据的能力：
①水在-5℃时是____态。
②水银在-30℃时是____态。
③酒精在-100℃时是____态。
④中国北部的漠河冬季气温最低可达-52.3℃，应选用水银温度计还是酒精温度计?为什么？（应选用酒精温度计。因为酒精的凝固点是-117℃，在-52.3℃的情况下，酒精是液态的；水银的凝固点是-39℃，在气温低于-39℃时，水银已变成固态。所以水银温度计在冬季的漠河无法工作。）
在学生浏览全表的基础上，告诉学生同种晶体熔点和凝固点相同，但不同的晶体熔点（凝固点）一般不同。用熔点（凝固点）来鉴别晶体，是一种重要的鉴别方法，让学生体会熔点是晶体的一种特性。
关于熔化吸热和凝固放热，可以让学生举出一些生活例子来说明，或者向学生介绍一些相关的例子，启发学生分析思考。例如，北方的冬季较冷，为了妥善地保存蔬菜，多在菜窖里放几桶水，可以利用水结冰时放出热，窖内温度不致太低；再如，利用冰熔化吸热能致冷，可以防止饭菜变馊。
4．教学评价
●课堂测评
1．下列属于熔化的是（ ）
A．糖水放过一段时间变干变成了糖
B．夏天放棒冰的杯子外壁的小水珠
C．露水的形成
D．棒冰变成糖水
2．如图4.3-5所示为冰在加热过程中，温度随时间变化的图像。以下说法中不正确的是（ ）
A．冰是一种晶体
B．冰的熔点为0℃
C．从t1到t2冰处于熔化过程
D．从t1到t2冰的质量保持不变
3．在标准大气压下，冰的熔点是0℃，那么在做冰的熔化实验中，在0℃时，冰的状态是（ ）
A．一定是固态
B．一定是液态
C．固体,液体共存
D．上述三种情况都有可能
4．利用等质量的0℃的冰冷却食品通常比0℃的水效果好，原因是 。
5．海波是晶体，石蜡是非晶体。小华同学通过查阅资料收集到海波和石蜡的熔化图像如图4.3-6所示，海波的熔化图像是________(填写序号)。
分析图像A可获得的信息有：
a._____________________________
b._____________________________
分析图像B可获得的信息有：
c.__________________________________________________(填一条即可)。
5．根据表中所列的几种物质的熔点，判断以下几题的是与非，并解释原因：
物质名称 固态水银 金 铜 钢 钨 固态氢
熔点（℃） -39 1064 1083 1300 3410 -259
（1）电灯泡的灯丝用钨制成，不易熔化；
（2）纯金掉入钢水中不会熔化；
（3）水银温度计在-40 ℃时已失效，不能使用；
（4）在-265 ℃时，氢气是固态。
6．我国研制的一种聚乙烯材料，可以在15 ℃~40 ℃范围内熔化和凝固，把这种材料制成小颗粒，掺在水泥中制成储热地板或墙板来调节室温，其道理是什么?
【参考答案】
1．D
2．D
3．D
4．由于0℃的冰熔化时要吸热、温度保持不变，直到所有冰全都变成0℃的水，再吸热温度才升高。所以用等质量的0℃的冰比0℃的水冷却效果好。
5．A a.晶体熔化时需要吸热 b.晶体在熔化过程中温度保持不变 c.非晶体熔化时吸热温度升高
6．（1）正确。灯泡正常发光时，灯丝的温度在2000 ℃左右，而钨丝的熔点是3410 ℃，所以用钨制成灯丝，不会熔化；
（2）不正确。纯金的熔点是1064 ℃，而钢的熔点是1300 ℃，显然钢水的温度在1300 ℃以上，而纯金的熔点小于1300 ℃，所以纯金掉入钢水中会熔；
（3）正确。水银的凝固点是-39 ℃，在-40 ℃时，水银将会凝固成固态，这时，温度计就不能使用了；
（4）正确。固态氢的熔点是-259 ℃，因此在-265 ℃时氢是固态。
7．由于熔化和凝固过程中要吸热和放热，此种材料在15 ℃~40 ℃范围内熔化和凝固，该温度正是室温变化的大致范围，因此，当温度升高时，材料熔化吸热，当温度降低时，材料凝固放热，从而起到调节室温的作用。
●“自我评价与作业”指导
1．(略)
2．B
3．因为铝的熔点高于锡的熔点、低于铁的熔点。
4．“下雪不冷，化雪冷”这种说法是有道理的，因为雪熔化时要吸收空气中的热量，使空气温度降低。



温度/℃

时间/min

图4.3-1

A

B C

D

0

温度/℃

时间/min

图4.3-2

温度/℃

时间/min

图4.3-3

E F

G

温度/℃

时间/min

图4.3-4

D

图4.3-5





图4.3-6









1