車國華

【研究背景】

滬科粵教2012年第1版義務(wù)教育教科書《物理》八年級上冊第四章第四節(jié) “升華和凝華”雖然不是重點(diǎn)內(nèi)容，但日常生活中關(guān)于升華和凝華的實(shí)例比較豐富，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力.但教學(xué)中存在以下幾個(gè)問題.

一是開篇展示的四幅圖片所描述的日常生活現(xiàn)象及課文結(jié)束介紹的人工降雨，對于當(dāng)?shù)貙W(xué)生來說都是沒見過或不太熟悉的，尤其是干冰，當(dāng)?shù)厥袌鰺o法購買，也不易保存.

二是“碘升華凝華”實(shí)驗(yàn)存在不足或不科學(xué)之處：（1）氣密性不好，而碘單質(zhì)的腐蝕性很強(qiáng)，碘蒸氣會對呼吸道產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激甚至損害;（2）加熱溫度難以控制.碘的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都在200 ℃以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于酒精燈火焰溫度，實(shí)驗(yàn)中極易出現(xiàn)固態(tài)碘先發(fā)生熔化，接著液態(tài)碘再迅速發(fā)生汽化，而不是升華過程;（3）碘的清洗成本高不易回收、器材難以反復(fù)利用.

三是“升華吸熱，凝華放熱”規(guī)律是直接告訴學(xué)生的，不符合課程的教學(xué)理念，剝奪了學(xué)生的探究體驗(yàn)權(quán)，不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.

【教學(xué)實(shí)踐】

一、演示實(shí)驗(yàn)：現(xiàn)場制作干冰，再現(xiàn)舞臺“煙霧”

目的： 激發(fā)學(xué)生直接興趣，引入課題.

器材：二氧化碳滅火器（先用厚的長襪子包好瓶身，不讓學(xué)生認(rèn)出，最后揭秘），厚布袋（或剪一個(gè)舊棉衣袖筒），碗一只，熱水等.

實(shí)驗(yàn)操作：先倒上大半碗熱水，再將厚布袋套住二氧化碳滅火器的噴嘴，拔出保險(xiǎn)銷，按壓把四五次，制取適量干冰（先對學(xué)生講是白色固體），給每個(gè)小組分發(fā)少量，置于桌面讓學(xué)生觀察（為后面建立升華概念作鋪墊），將剩余部分倒入碗中，看到翻滾的白色“煙霧”.

講解：這位神秘嘉賓是誰？用它產(chǎn)生的白色固體是什么？白色固體能制造“煙霧”的奧秘又是什么呢？大家想知道嗎？這就是本節(jié)課我們要探討的內(nèi)容.

二、演示實(shí)驗(yàn)：觀察“白氣”

目的：理解液態(tài)二氧化碳的致冷原理，為“模擬冰窗花”實(shí)驗(yàn)作鋪墊.

器材：汽車降溫劑.

講解：舞臺上的“煙霧”實(shí)際上是“白氣”.我們用別的方法也能制造“白氣”.

實(shí)驗(yàn)操作：用汽車降溫劑（先說明是無毒的）在空中噴一下，產(chǎn)生大量的“白氣”.

提問：“白氣”是什么呢？它是怎樣產(chǎn)生的呢？

學(xué)生分析：“白氣”是空氣中的水蒸氣液化成小水滴飄浮在空中形成的霧.

提問：水蒸氣液化要放熱，說明降溫劑能吸收熱量，能起到迅速降溫的作用.汽車降溫劑的主要成份是液態(tài)的二氧化碳.那么，它是怎樣起到降溫作用的呢？

學(xué)生分析：液態(tài)的二氧化碳迅速汽化，在瞬間吸收大量的熱，起到急劇降溫的效果.

三、演示實(shí)驗(yàn)：模擬冰窗花

目的：觀察水蒸氣沒有經(jīng)過液態(tài)直接變成冰，為建立凝華概念作鋪墊.

器材：汽車降溫劑.

實(shí)驗(yàn)操作：先讓學(xué)生觀察平面鏡正面和背面（將塑料底板中心剪掉一部分），再一手將平面鏡水平持住，另一手用汽車降溫劑對準(zhǔn)背面噴五六次，噴霧時(shí)噴嘴距鏡子約6 cm.

現(xiàn)象：原本干燥清晰的鏡面模糊不清了（圖3）.

講解：是產(chǎn)生了水附在上面嗎？用手摸一摸，是干的還是濕的？

演示：用塑料卡片刮一下，能刮起象雪一樣的東西，鏡面上留有刮痕.

學(xué)生分析：附在鏡面上的是固態(tài)的冰.這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了水蒸氣可以直接變成固態(tài)的小冰晶.

四、分組實(shí)驗(yàn)：人工造霜

目的：觀察水蒸氣變成霜，為建立凝華概念作鋪墊.

器材：易拉罐（去蓋），小冰塊，食鹽.

實(shí)驗(yàn)操作：教師準(zhǔn)備好小冰塊和食鹽，在上課前三分鐘，布置各小組組長在干燥的易拉罐中裝入大半筒的冰，再灑上兩勺鹽，輕輕搖幾下，靜置觀察.待分析完“模擬冰窗花”實(shí)驗(yàn)之后再來分析.

講解：冰和鹽的混合物也是一種降溫劑，它的溫度最低可以達(dá)到零下20多攝氏度.現(xiàn)在請大家觀察桌上的易拉罐外表面出現(xiàn)了什么？（學(xué)生能知道是霜）

學(xué)生分析：霜和冰的特征有明顯不同，霜是由微小的冰晶附在物體表面形成的.易拉罐表面開始并沒有水，加入冰和鹽后，易拉罐溫度急劇降低，霜是由周圍的水蒸氣遇到冷的易拉罐形成的.

提問：這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么呢？

學(xué)生分析：氣態(tài)的水蒸氣可以直接變成固態(tài)的小冰晶.

五、分組實(shí)驗(yàn)：觀察干冰升華

目的：為建立升華概念作鋪墊.

器材：干冰.

講解：剛才分發(fā)給大家的白色固體現(xiàn)在還有嗎？

學(xué)生分析：沒有了（或只剩下很少了），白色固體并沒有熔化變成液體.

提問：這說明了什么？

學(xué)生分析：白色固體直接變成了氣體跑到空氣中了.

六、分組實(shí)驗(yàn)：觀察碘的升華

目的：加深對升華現(xiàn)象的理解.

器材：碘升華凝華密封管，不銹鋼碗，熱水等.

講解：其他物質(zhì)是否也可以發(fā)生升華呢？各小組桌上有一個(gè)密封的玻璃管，玻璃管是透明的，管壁清晰、干燥，管內(nèi)裝有顆粒狀的碘晶體，想要觀察到碘是否能發(fā)生明顯的升華要怎么辦呢？

學(xué)生：用酒精燈加熱.

講解：碘的熔點(diǎn)是113 ℃，沸點(diǎn)是184 ℃，而酒精燈加熱的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碘的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，如果用酒精燈加熱會出現(xiàn)什么情況？

學(xué)生：碘顆粒不斷吸熱，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)就會熔化變成液體，并繼續(xù)吸熱最后發(fā)生沸騰變成氣體.

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：應(yīng)該用溫度適宜的熱源對碘進(jìn)行加熱.

操作：用手持住玻璃管的手柄，將管身泡在熱水中進(jìn)行加熱（水浴法），觀察碘顆粒變小，管內(nèi)產(chǎn)生紫色的碘蒸氣.

七、分組實(shí)驗(yàn)：觀察碘蒸氣的凝華

目的：加深對凝華現(xiàn)象的理解.

器材：碘升華凝華密封管.

操作：從熱水中取出玻璃管，讓管身豎直，用毛巾擦干外面的水，觀察碘蒸氣顏色逐漸變淡，最后恢復(fù)透明，管內(nèi)壁上附有粉末狀的碘晶體.

八、演示實(shí)驗(yàn)：升華吸熱，凝華放熱

目的：經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究，得出升華吸熱和凝華放熱的規(guī)律.

器材：鐵架臺及附件兩套，半封閉式電爐，錐形瓶，單質(zhì)碘，數(shù)顯溫度計(jì)等.

提問：前面我們學(xué)習(xí)過的四種物態(tài)變化過程都有吸熱或放熱的條件，那么升華和凝華的吸放熱情況是怎樣的呢？

學(xué)生分析：在實(shí)驗(yàn)中我們對玻璃管加熱，碘就吸收了熱量，才發(fā)生了明顯的升華現(xiàn)象，所以升華要吸熱;停止加熱后，玻璃管開始冷卻，碘蒸氣溫度下降，放出熱量，看到碘蒸氣逐漸凝華變成碘晶體，所以凝華要放熱.

講解：同學(xué)們的分析很有道理.今天老師給大家準(zhǔn)備了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，雖然不是十分嚴(yán)密，但還是能直觀地說明升華和凝華的吸熱、放熱規(guī)律.

操作：將兩只相同的錐形瓶置于電爐中央上方相同的適當(dāng)高度處，其中一只加入一藥匙的碘顆粒，另一只不加，用橡膠塞蓋好，各插入一支數(shù)顯溫度計(jì)測量瓶內(nèi)溫度，溫度計(jì)規(guī)格相同，保證探頭高度相同.打開電爐電源加熱三分鐘，再關(guān)閉電爐，停止加熱并將電爐移開（圖5）.將觀察到的現(xiàn)象記錄在表1中.

學(xué)生分析：加熱時(shí)兩只瓶吸收的熱量基本相同，瓶內(nèi)溫度上升快慢不同，碘瓶內(nèi)部溫度上升明顯更慢，而且看到碘晶體升華變?yōu)樽仙牡庹魵猓f明碘升華要吸熱;停止加熱后，瓶子對外界放熱，觀察到碘蒸氣逐漸減少，凝華成碘晶體，碘瓶內(nèi)溫度下降，說明碘凝華要放熱.

九、演示實(shí)驗(yàn)：燈泡變黑

目的：在實(shí)驗(yàn)條件下，短時(shí)間內(nèi)看到燈泡變黑，幫助學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識來解釋生活中的現(xiàn)象.

器材：無級調(diào)壓器;“6 V 10 W”機(jī)床用小燈泡兩只（不能用新型鹵素?zé)襞荩ＡО澹ò粚悠囐N膜），萬用表，燈座，導(dǎo)線，鐵架臺.

提問：請大家看看日光燈用久了會有什么現(xiàn)象？（燈管兩端變黑）與此類似的還有什么？（白熾燈泡）

引導(dǎo)學(xué)生分析：白熾燈泡、日光燈管用久了會發(fā)黑，說明鎢絲發(fā)生了升華和凝華.燈泡工作時(shí)，燈絲溫度很高，有微量的鎢發(fā)生升華變?yōu)殒u蒸氣;燈泡停止工作時(shí)，鎢蒸氣溫度急劇降低，凝華變?yōu)殒u晶體粉末附著在玻璃泡的內(nèi)壁上，長時(shí)間以后燈泡就變黑了.

講解：這種現(xiàn)象要經(jīng)過比較長的時(shí)間才能看得出來，但在實(shí)驗(yàn)條件控制下可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，大家想看嗎？

操作：取新的“6 V 10 W”小燈泡兩只，用無級調(diào)壓器對其中任一只供電，將電壓從零逐漸調(diào)到13 V后，持續(xù)通電約60秒，再將電壓調(diào)回零（如圖6所示），讓學(xué)生看到燈絲并沒有熔斷，再與另一只進(jìn)行對比，觀察其是否變黑.觀察過程中將玻璃板擋在燈泡前，避免刺眼.