人教版八年级上册物理3.2熔化和凝固 教学设计

教学设计
课程基本信息
课题
熔化和凝固
教科书
书名：
物理
八年级上册
出版社：人教版
出版日期：
2012年6月
教学目标
教学目标：
知识目标：知道不同固体熔化和凝固的规律，知道晶体和非晶体的区别。
能力目标：通过观察海波和石蜡熔化过程温度随时间变化的实验，着重培养学生的观察能力、分析和解决问题的能力；通过观察对比海波和石蜡的熔化过程的实验，使学生经历科学探究过程，得出不同固体熔化过程温度随时间变化的规律，知道晶体和非晶体的区别，培养学生实验探究，总结归纳的能力。
情感目标：通过熔化和凝固在生活中的应用实例，让学生体会物理是有趣的、有用的，物理就在我们身边。
教学重点：
晶体熔化和凝固的规律；晶体和非晶体的区别。
教学难点：
探究“固体熔化过程温度随时间变化规律”的实验。
教学过程
时间
教学环节
主要师生活动
引入
生活中，我们有这样的体验，冬天，一夜之间，城市变成了冰清玉洁的世界。落光了叶子的树枝上，挂满了毛茸茸亮晶晶的冰花，微风吹来，不时有冰晶飘下，美不胜收。
自然界中，这样的美景还有很多。比如：缥缈的山雾，清新的雨水晶莹剔透的露珠，精彩绝伦的冰花，真可谓千姿百态。这变化多端的形态里蕴含着变化多端的物理过程。今天就让我们一起来探寻这些美丽景物中神奇的物理知识吧！
一、物态变化
【问】同学们先来想一想：自然界的物质通常有几种状态？关于物态变化你了解多少？（停顿2秒）
【答】同学们说的很好。自然界中最为常见的物质状态有三种：固态、液态和气态。我们以水的三态来举例，天热时，从冰柜中拿出的冰，一会儿就变成了水，再过一段时间水干了，变成看不见的水蒸气，跑的无影无踪。随着温度改变，物质从一种状态变成另一种状态，就称为物态变化。这节课我们主要学习物质在固态和液态之间的相互转化，即：熔化和凝固。
二、熔化和凝固
环节一：
什么是熔化呢？物质从固态变成液态的过程叫做熔化。比如：冰变成水，点燃的蜡烛熔化成了蜡油，巧克力受热就会熔化等。将上述过程反过来，物质从液态变成固态的过程就是凝固。如：冬天，水凝固成冰，滴下的蜡油又会凝固成蜡，从火山口喷出的岩浆，冷却后就会凝固。
环节二：
现在，请同学们从生活经验出发，思考如下两个问题，并尝试着说出你的猜想。
【问】在什么情况下物质会熔化和凝固呢？不同的物质熔化和凝固的规律相同吗？你的想法是什么呢？
【答】现在我把大家的想法汇总一下。先以熔化为例：同学们结合生活经验做出了猜想：将冰块握在温暖的手里，冰块从手中吸热，一会儿就开始熔化了。将巧克力握在温暖的手里，巧克力一会也变软变稀了。可见，对固体物质加热，固体会熔化，同时温度升高。但是，也有同学提出，冰和巧克力熔化时，巧克力受热先变软后再变稀，但冰熔化成水，没有变软的过程。所以，它们在熔化过程中，其状态随温度变化的规律可能不一样”。
环节三：
要研究以上两个问题，我们就要对至少两种不同固体物质的熔化过程进行观察。这节课我们选海波和石蜡为代表进行实验。首先我们来观察海波的熔化过程。
海波：学名硫代硫酸钠，又名大苏打。是一种常见的硫代硫酸盐，可以用来去除水中的氯气也可以用来治疗皮肤病。
下面我们一起来思考以下问题：
（1）需要哪些器材？如何给海波加热？
（2）操作中要注意什么？观察什么？记录什么？
（3）结论是什么？
因为要探究海波熔化时温度随时间的变化，首先需要温度计和秒表。因为要探究海波熔化时温度随时间的变化，首先需要温度计和秒表。接着考虑如何对海波加热。海波是固体，如果采用酒精灯直接加热会存在受热不均匀的问题。所以在这个实验中我们采用“水浴法“对固体物质进行加热。如图所示，将海波放入试管中，温度计插入海波中，注意温度计的玻璃泡要全部浸入海波中，并且不触底不触壁。试管放在盛水的烧杯中，用酒精灯对烧杯和水进行加热，水再对试管和海波进行加热，这样海波上下受热会更均匀，而且水浴法加热时间比较长，方便我们观察和记录。然后，按照如图所示装置，从下往上依次组装，调节好后，就可以开始实验。
因为实验中我们需要记录加热时间和海波对应的温度，同时还需要观察记录海波的状态，所以，我们设计了这样的实验记录表格，如图。
实验中，我们每隔1分钟记录一次温度值。请同学们仔细观察海波的物态变化以及温度计的示数变化，并记录在表格中。
下面我们开始实验。（播放视频）
我们从海波温度到达40摄氏度时开始计时，每分钟记录一次温度值。可以看到，随着加热时间增长,海波的温度逐渐升高，此时海波为固态。继续加热，到达48摄氏度后海波已经有一部分熔化成了液态，一部分仍为固态，我们把这种状态称为固液混合或固液共存态。持续加热，同学们可以看到，试管中的固态海波不断减少，液态海波不断增加，但温度一直保持48℃不变，直到完全变为液态。在随后的加热过程中，海波的温度又明显的呈现逐渐上升的趋势。上升到54摄氏度我们停止实验。
【问】我们将刚刚观察到的现象进行汇总，并记录在表格中。实验现象，和你想的一样吗？
【答】对，我们发现，虽然海波一直在吸热，但它的温度并不像我们想的那样，一直升高，而是在一段时间内保持温度不变，海波的固液共存状态正好与这段时间相对应。这是怎么回事呢？
我们再来看看，海波的温度在48℃时，不同时间点的照片。通过这三张图片对比，我们可以清楚的看到，试管中出现了液态的海波，而且液态海波越来越多，固态海波越来越少。原来，海波在这段过程中，吸收热量，温度不变，发生变化的是它的物态，它在这个过程中从固态变成了液态。这个过程正是海波的熔化过程。
【问】那么，能否用一种更简单直观的方式来表示海波温度随时间的变化规律呢？（停顿两秒）
【答】特别好！有同学提出，可以像地理上的“全年气温变化曲线图”一样，画图表示。
我们用纵轴表示温度,
标出温度的数值，用横轴表示时间，根据表中各个时刻的温度值在坐标纸上描点，然后将这些点用平滑曲线连接,
便得到了海波熔化时温度随时间变化的图像，如图所示。
通过图像：我们可以发现，海波的温度变化过程可以分为三个阶段。AB段：海波为固态；吸收热量，温度升高，直到温度为48摄氏度。BC段：海波开始熔化，为固液共存态；整个过程中，吸收热量，但温度不变。直到全部熔化为液态。CD段：海波为液态，吸收热量，温度持续上升。看来，对于海波来说：48摄氏度是一个特殊的温度，在这个温度下，海波才会熔化。那么，是不是所有的固体，在熔化的过程中，都有这样一个特殊温度呢？
带着这样的疑问，我们一起来看一看，石蜡的熔化过程。
环节四：
石蜡，是石油加工产品的一种。其广泛应用于家具抛光，地板增亮，家具防水等等。熔化石蜡所用的器材和前面实验相同，研究方法也是一样的。下面下面我们就通过实验，研究石蜡的熔化特点，请同学们像刚才一样，设计好实验记录表格，做好实验过程中的观察和记录。”（播放视频）
可以看到石蜡在40摄氏度左右开始熔化，之前一直为固态，随着加热时间增长，试管外侧的石蜡最先受热已经变成了液态，慢慢的中间的石蜡也开始熔化，先变软，再变稀，最后全部融化成液态。这一过程中石蜡的温度一直上升，直到58度停止收集数据。将刚才的实验数据汇总，记录在表格中。同时做出石蜡熔化过程中，温度随时间变化的曲线。发现，整个过程中石蜡的温度持续升高，并没有温度不变的过程。
三、熔点和凝固点
环节一：
科学家们经过大量的实验发现：确实有很多固体，和海波类似，存在这样一个确定的熔化温度，在此温度下，虽然不断的吸热，但温度不变。例如：萘，当我们对它进行加热时，发现它熔化时，温度保持80.5摄氏度不变。冰也是一样的，它吸收热量，从冰变成水时，温度会保持0摄氏度不变。还有一部分固体，和石蜡的熔化特点类似。比如松香，给松香加热时，松香也是先变软再变稀，直到全部熔化为液态，温度持续上升。我们把这些固体熔化过程中温度随时间变化的图像放在一起，便可以根据他们的熔化特定对其进行分类。一种是像海波这样的，熔化过程中有自己确定的熔化温度，我们称为晶体。并将这个确定的熔化温度叫做熔点。另一类是像石蜡这样的，熔化过程中没有自己确定的熔化温度，吸收热量，温度持续上升的，叫非晶体。常见的晶体有：冰、海波、石英
、水晶、食盐、奈、各种金属等。另一类是像石蜡这样的，熔化过程中没有自己确定的熔化温度，吸收热量，温度持续上升的，叫非晶体。常见的非晶体有：松香、石蜡、蜂蜡、沥青、玻璃等。
现在我们明白了，不同固体的熔化规律可能不相同。非晶体的熔化规律和我们的猜想是一致的。吸收热量，温度上升。而晶体在熔化过程中，吸收热量，但温度不变，这个过程中，它处于固液共存状态，直到海波全部熔化。下面我们结合海波的熔化图像进一步思考：海波在如果在B点时如果我们撤去酒精灯，海波还能继续熔化吗？是的，不可以，因为没有了酒精灯加热，海波不能持续吸收热量。所以晶体熔化的条件是，温度达到熔点，持续吸热，两个条件都满足海波才可以。
环节二：
【问】对物体加热，物体会熔化，那么如何使液体凝固成固体呢？（空2秒）
【答】对！使物体向外放热，也就是对物体进行冷却。所以要想使液态海波凝固，我们可以将其从水中取出，放在空气中。那么，海波和石蜡凝固时，温度随时间变化的规律相同吗？你怎么想的呢？（停2秒）
同学们分析的很到位！凝固和熔化应该是相反的过程，所以，我们推测，海波在凝固的过程中应该也像熔化一样有确定的凝固温度。而石蜡在凝固的过程中，温度应该持续降低。这是老师利用在海波和石蜡凝固过程中采集到的实验数据做出的海波和石蜡的凝固图像，甲图是海波的凝固过程，乙图是石蜡的凝固过程。可以看到海波有确定的凝固温度，而石蜡没有确定的凝固温度。和大家的猜想是一样的。进一步分析海波的凝固图像，我们清晰的看到：海波凝固也分为三个阶段，第一阶段为液态，对外放热，温度降低，直到温度为48摄氏度。第二阶段应该为固液固液共存态，在这个过程中，海波温度保持不变，直到完全凝固成固态。第三阶段，海波为固态，温度持续降低。需要特别注意的是：海波在凝固时温度仍然为48℃，我们把这个温度叫做海波的凝固点。而石蜡在凝固的过程中温度始终在降低。
环节三：
下面我们将海波熔化和凝固的图像放在一起来看，你能发现什么呢？（空2秒）从图像中很容易海波熔化和凝固时的温度都是48℃，也就是说同种晶体，其熔点和凝固点是相同的。比如：冰的熔点是0℃，也就是说冰在0℃时又熔化成水，水在0℃时，凝固成冰；如果现在把正在凝固的0℃的水放在0℃的房间里，能否继续凝固呢？对！显然不可以。因为水的温度和室温相同的话，就不会对外散热，水也就不可以继续凝固了，当然，它也不会熔化成水。因此，晶体凝固的条件是：达到凝固点，持续放热。
晶体凝固的条件：达到凝固点，持续放热。
环节四：
下面我们就来看看各种不同物质的熔点和凝固点。观察熔点表，可以看出，在表中，按照从高到低的顺序，分别列出了一些晶体的熔点。这些物质在常温下的物态有所不同，例如钨、铁等，是固体；水银、酒精等，是液体；而氧、氢等是气体”
。
下面请同学们结合熔点表来思考两个问题。
1.能否用铝做容器来熔化铁块呢？显然是不行的！根据熔点表可知：铁的熔点是1535℃，铝的熔点是660℃。铁的熔点更高，如果用铝锅熔化铁块的话，铝锅已经熔化了，铁块却还是固体。
再来看问题2.
我国黑龙江北部一月份的最低气温可达-52.3
℃，在该地区测气温应该用酒精温度计还是水银温度计呢？同学们能不能解答这样的问题呢？（空2秒）这里有两个温度值，零下30摄氏度，和零下52.3摄氏度。该选用那只温度计呢？我们再来看一看熔点表。通过表格我们知道固态水银的熔点是-39摄氏度，也就是说水银的温度如果到了-39摄氏度以下就会凝固成固态水银，温度计无法使用。而酒精的温度降低到零下117℃时，才会凝固，所以用酒精温度计可以测量当地的温度。
环节五：
生活中与熔化和凝固有关的现象还有很多。现在就请同学们尝试解释一下以下两种现象的原因。
问题1：夏天，我们喝饮料，往往会在饮料中加上几个冰块，为什么不是直接放入冷水？同学们分析的很到位！这样做，一方面是因为冰块温度更低，另一方面是因为冰块在熔化成水的过程中吸热，从而使饮料的温度下降的更多。
问题2：在北方的冬天，为了能够很好的保存蔬菜，人们通常会在菜窖里放几缸水，这样做的目的是什么？对！这样做，可以利用水结冰时，放出的热，使窖内的温度不会太低，防止蔬菜被冻坏。这就是熔化和凝固在实际生活中的应用。同学们，这节课的主要内容也就是这些。
四、小结
下面我们对这节课内容进行简单小结。
这节课我们重点学习了两种物态变化，熔化和凝固。物质由固态变为液态叫熔化，熔化过程吸收热量。由液态变为固态叫凝固。凝固过程放出热量。
根据不同固体熔化时温度的变化情况，我们将固体分为晶体和非晶体。他们在熔化时的主要区别是：晶体有熔点，非晶体没有熔点。晶体在熔化过程中温度不变，非晶体在熔化时温度持续升高。并且知道同种晶体的熔点和凝固点是相同的。
然后我们又讨论了晶体熔化的条件：温度达到熔点，并且持续吸热。两者缺一不可。
最后通过实例，进一步了解了，熔化吸热，凝固放热在生活中的应用。
五、作业
今天的作业：
基础性作业：完成“学生资源”中的课后练习。
拓展性作业：阅读文章“融雪剂”，了解融雪剂的基本原理和危害。找出3到5个生活中利用熔化和凝固的实例。
今天我们就学习到这里，同学们，再见。