“升华和凝华”教学设计

徐一波 车国华

(江西省修水县第二中学,江西 九江 332400)



“升华和凝华”教学设计

徐一波 车国华

(江西省修水县第二中学,江西 九江 332400)

通过人工造霜等三个分组实验和现场制作干冰、人工烟雾、模拟冰窗花等演示实验,让学生充分观察升华和凝华物理现象,建立升华和凝华的概念,探究物理规律,并联系实际,分析日常生活、生产中的相关现象.

升华;凝华;教学设计

1 课标要求

经历物态变化的实验探究过程,了解物态变化过程中的吸热和放热现象.用物态变化的知识说明自然界和生活中的有关现象.

2 教学分析

2.1 教材分析

本节内容虽然不是本章的重点,但日常生活中关于升华和凝华的实例比较丰富,有利于激发学生的学习兴趣和培养学生的分析问题能力.本节内容既是前面汽化、液化、熔化和凝固的延续,又为下一节学习自然界中水循环做好准备,并为后面学习物质的结构和属性打下基础.

2.2 学情分析

八年级学生刚学习物理不久,他们仍处于从形象思维向抽象思维的过渡时期,不同学生之间的智力水平和学习能力有较大差异,学习的动力和热情大多来自他们的兴趣;而物理教学以实验为基础,实验几乎伴随着整个教学过程,所以在教学中,在注重知识逻辑的同时,应该重视学生的个人经验和心理特点,把学生对物理现象的认识与物理知识结合起来,加强学生的亲身体验.由于学生对与升华、凝华有关的现象有一定的感性认识,且已经学习过其他四种物态变化,因此具备一定的观察、分析能力,这有利于本节课的学习.

2.3 教学重、难点

教学重点为让学生通过实验感知升华和凝华两种物态变化,并能解释生活中的有关现象，难点为通过实验探究升华吸热、凝华放热的规律.

3 教学资源

分组实验材料包括碘锤、不锈钢碗、热水、易拉罐、小冰块、食盐等，课堂实验材料包括二氧化碳灭火器(先用厚的长袜子包好瓶身)、厚布袋(旧棉衣袖筒)、孙悟空摆件、薄平面镜、汽车降温剂、铁架台及附件、半封闭式电炉、锥形瓶、单质碘、数字温度计、无级调压器、万用电表、“6V 10W”机床用小灯泡、灯座、导线等.

4 设计思路

4.1 以实验为主线,以学生为主体

课堂上安排了利用冰盐混合物做降温剂，进行人工造霜、观察碘的升华、观察碘的凝华共三个分组实验,并设计了模拟冰窗花、升华吸热凝华放热、灯泡变黑、现场制取干冰观察其升华过程、用干冰制造人工烟雾等演示实验,既体现了物理学科的特点,又充分体现了学生自主学习的特点,让学生在做中学.

4.2 践行“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念

本节课的教学思路大体是“情境——实验——分析——应用”,先展示《西游记》中的场景图片，现场演示人工烟雾实验引入课题,引发学生思考,再通过实验观察两种物态变化,并对实验进行分析从而建立升华和凝华的概念,然后通过实验得出升华吸热和凝华放热的规律,最后应用所学知识联系实际,分析有关现象.在实验探究中获取知识,在体验和逻辑推理中渗透方法,提高学生的物理核心素养.

5 教学目标

(1) 通过分组实验和演示实验,观察、分析物态变化过程,建立升华和凝华的概念.了解生活中的升华和凝华现象.

(2) 通过实验探究，知道升华要吸热、凝华要放热.在探究中培养学习兴趣,体会科学知识的实际应用.

6 教学流程

7 教学过程

7.1 课前准备

教师准备好小冰块和食盐,在上课前三分钟,布置各小组组长在干燥的易拉罐中装入大半罐冰,再洒上两勺盐,轻轻摇几下,静置在桌上,等候观察.

7.2 创设情境,引入课题

展示《西游记》中“官封弼马温”烟雾剧照.

教师:同学们,这个电视真的是在天上拍的吗？像白云一样流动的烟雾是如何制作的？想看吗？下面我们请出一位神秘嘉宾.

演示实验：人工烟雾，先在一个搪瓷碗里倒上大半碗热水,再将厚布袋套住二氧化碳灭火器的喷嘴,拔出保险销,按压四五次,制取适量干冰(先对学生讲是白色固体),给每个小组分发(为后面建立升华概念作铺垫),将剩余部分倒入碗中,看到翻滚的白色烟雾(如图1).

图1

教师:这位神秘嘉宾是谁？用它产生的白色固体是什么？白色固体能制造烟雾的奥秘是什么？大家想知道吗？这就是本节课我们要探讨的内容——升华和凝华.

7.3 观察实验,建立概念

7.3.1 知识回顾

教师:舞台上的烟雾实际上是“白气”，我们用别的方法也能制造“白气”.

演示实验:用汽车降温剂(先说明是无毒的)在空中喷一下,产生大量的“白气”(如图2).提问:“白气”是什么？它是怎样产生的？

引导学生分析:“白气”是空气中的水蒸气液化成小水滴飘浮在空中形成的雾.

图2

教师:水蒸气液化要放热,说明降温剂能吸收热量,能起到迅速降温的作用.它的主要成分是液态二氧化碳，那么它是怎样起到降温作用的？

引导学生分析:液态的二氧化碳迅速汽化,在瞬间吸收大量的热,起到急剧降温的效果.

7.3.2 观察思考

演示实验:模拟冰窗花.如图3所示，先让学生观察平面镜正面和背面(将塑料底板中心剪掉一部分),再一手将平面镜水平持住,另一手用汽车降温剂对准背面喷五六次,喷雾时喷嘴距镜子约6cm，发现原本干燥清晰的镜面模糊不清了.

图3

教师:是产生了水附在上面吗？用手摸一摸,是干的还是湿的？

演示:用塑料卡片刮一下,能刮起像雪花一样的东西.提问:这个实验说明了什么？学生回答：气体直接变成了固体.

7.3.3 动手实验

教师:冰和盐的混合物也是一种降温剂,它的温度最低可以达到零下20摄氏度.现在请大家观察桌上的易拉罐外表面出现了什么？

如图4所示，学生能知道是霜，引导学生分析:霜和冰的特征有明显不同,霜是由微小的冰晶附在物体表面形成的.易拉罐表面开始并没有水,加入冰和盐后,易拉罐温度急剧降低,霜是由周围的水蒸气遇到冷的易拉罐形成的.

图4

教师:这个实验说明了什么？

学生：气态的水蒸气可以直接变成固态的小冰晶.

教师:物理学中,把物质由气态直接变为固态的现象叫做凝华.

7.3.4 观察思考

教师:刚才分发给大家的白色固体现在还有吗？

学生：没有了(或减少了).

引导学生分析:白色固体并没有熔化变成液体.

教师:这说明了什么？

学生：白色固体直接变成了气体跑到空气中了.

教师:物理学中,把物质由固态直接变为气态的现象叫做升华.

7.3.5 动手实验，观察碘的升华和凝华

教师:其他物质是否可以发生升华和凝华呢？各小组桌上有一个碘锤,管壁是清晰、干燥、干净的,管内装有颗粒状的碘晶体,想要观察到碘是否发生了明显的升华和凝华,要怎么办？

引导学生设计实验:如图5所示，手持碘锤的手柄,将管身泡在热水中进行加热,观察碘的升华;然后取出碘锤,让管身竖直,观察碘的凝华.

图5

学生分组实验:观察碘的升华(水浴法)，教师巡视指导，学生完成后,由学生解说其操作过程和观察到的现象.

学生分组实验:观察碘的凝华，实验完成后,由学生解说观察到的现象.

7.4 实验探究,得出规律

教师:前面我们学习过的四种物态变化过程都有吸热或放热的条件,那么升华和凝华的吸放热情况是怎样的？

引导学生分析:在实验中我们对玻璃管加热,碘就吸收了热量,发生了明显的升华现象,所以升华要吸热;停止加热后,玻璃管开始冷却,碘蒸气温度下降,放出热量,看到碘蒸气逐渐凝华变成碘晶体,所以凝华要放热.

教师:同学们的分析很有道理.今天我给大家准备了一个实验,能直观地说明升华和凝华的吸放热规律.

演示实验:如图6所示，将两只相同的锥形瓶置于电炉中央上方相同高度处,其中一只加入一药匙的碘颗粒,另一只不加,用橡胶塞盖好,各插入一支数字温度计测量瓶内温度,温度计规格相同,保证探头高度相同.打开电炉电源加热三分钟,再关闭电炉,停止加热,并将电炉移开.指导学生将观察到的现象记录在下表中.

过程碘瓶内的温度/℃空瓶内的温度/℃温度变化多少/℃温度变化快慢初温末温初温末温碘瓶空瓶碘瓶空瓶结论加热升温 冷却降温

引导学生分析:加热时两只瓶吸收的热量基本相同,瓶内温度上升快慢不同,碘瓶内部温度上升明显更慢,而且看到碘晶体升华变为紫色的碘蒸气,说明碘升华要吸热;停止加热后,瓶子对外界放热,观察到碘蒸气逐渐减少,凝华成碘晶体,碘瓶内温度下降更慢,说明碘凝华要放热.

7.5 联系实际,学以致用

教师：霜是如何形成的？

学生:水蒸气温度急剧降低,凝华变为小冰晶附在物体表面.

教师：人工烟雾是如何形成的？

学生:固态的干冰升华吸收大量的热,使周围空气中的水蒸气温度降低液化成小水滴飘浮在空气中,形成“白气”.

教师：白炽灯用久了会有什么现象？

学生:白炽灯泡用久了会变黑.

引导学生分析:白炽灯泡用久了会发黑,说明钨丝发生了升华和凝华.灯泡工作时,灯丝温度高,有微量的钨发生升华变为钨蒸气;灯泡停止工作时,钨蒸气温度急剧降低,凝华变为钨晶体粉末附在玻璃泡的内壁上,长时间以后灯泡就变黑了.

教师:这种现象要经过比较长的时间才能看得出来,但在实验条件控制下可以在短时间内实现,大家想看看吗？

演示实验:如图7所示，取新的“6V 10W”小灯泡两只,用无级调压器对其中一只供电,将电压从0逐渐调到13V,持续30—60秒,再将电压调回零,让学生看到灯丝并没有熔断,再与另一只进行对比,观察其是否变黑.最后进行课堂小结.

图7