徐一波 車(chē)國(guó)華

(江西省修水縣第二中學(xué),江西 九江 332400)

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“升華和凝華”教學(xué)設(shè)計(jì)

徐一波 車(chē)國(guó)華

(江西省修水縣第二中學(xué),江西 九江 332400)

通過(guò)人工造霜等三個(gè)分組實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)制作干冰、人工煙霧、模擬冰窗花等演示實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生充分觀察升華和凝華物理現(xiàn)象,建立升華和凝華的概念,探究物理規(guī)律,并聯(lián)系實(shí)際,分析日常生活、生產(chǎn)中的相關(guān)現(xiàn)象.

升華;凝華;教學(xué)設(shè)計(jì)

1 課標(biāo)要求

經(jīng)歷物態(tài)變化的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程,了解物態(tài)變化過(guò)程中的吸熱和放熱現(xiàn)象.用物態(tài)變化的知識(shí)說(shuō)明自然界和生活中的有關(guān)現(xiàn)象.

2 教學(xué)分析

2.1 教材分析

本節(jié)內(nèi)容雖然不是本章的重點(diǎn),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)生的分析問(wèn)題能力.本節(jié)內(nèi)容既是前面汽化、液化、熔化和凝固的延續(xù),又為下一節(jié)學(xué)習(xí)自然界中水循環(huán)做好準(zhǔn)備,并為后面學(xué)習(xí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和屬性打下基礎(chǔ).

2.2 學(xué)情分析

八年級(jí)學(xué)生剛學(xué)習(xí)物理不久,他們?nèi)蕴幱趶男蜗笏季S向抽象思維的過(guò)渡時(shí)期,不同學(xué)生之間的智力水平和學(xué)習(xí)能力有較大差異,學(xué)習(xí)的動(dòng)力和熱情大多來(lái)自他們的興趣;而物理教學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)幾乎伴隨著整個(gè)教學(xué)過(guò)程,所以在教學(xué)中,在注重知識(shí)邏輯的同時(shí),應(yīng)該重視學(xué)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和心理特點(diǎn),把學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)與物理知識(shí)結(jié)合起來(lái),加強(qiáng)學(xué)生的親身體驗(yàn).由于學(xué)生對(duì)與升華、凝華有關(guān)的現(xiàn)象有一定的感性認(rèn)識(shí),且已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)其他四種物態(tài)變化,因此具備一定的觀察、分析能力,這有利于本節(jié)課的學(xué)習(xí).

2.3 教學(xué)重、難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)為讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)感知升華和凝華兩種物態(tài)變化,并能解釋生活中的有關(guān)現(xiàn)象，難點(diǎn)為通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究升華吸熱、凝華放熱的規(guī)律.

3 教學(xué)資源

分組實(shí)驗(yàn)材料包括碘錘、不銹鋼碗、熱水、易拉罐、小冰塊、食鹽等，課堂實(shí)驗(yàn)材料包括二氧化碳滅火器(先用厚的長(zhǎng)襪子包好瓶身)、厚布袋(舊棉衣袖筒)、孫悟空擺件、薄平面鏡、汽車(chē)降溫劑、鐵架臺(tái)及附件、半封閉式電爐、錐形瓶、單質(zhì)碘、數(shù)字溫度計(jì)、無(wú)級(jí)調(diào)壓器、萬(wàn)用電表、“6V 10W”機(jī)床用小燈泡、燈座、導(dǎo)線等.

4 設(shè)計(jì)思路

4.1 以實(shí)驗(yàn)為主線,以學(xué)生為主體

課堂上安排了利用冰鹽混合物做降溫劑，進(jìn)行人工造霜、觀察碘的升華、觀察碘的凝華共三個(gè)分組實(shí)驗(yàn),并設(shè)計(jì)了模擬冰窗花、升華吸熱凝華放熱、燈泡變黑、現(xiàn)場(chǎng)制取干冰觀察其升華過(guò)程、用干冰制造人工煙霧等演示實(shí)驗(yàn),既體現(xiàn)了物理學(xué)科的特點(diǎn),又充分體現(xiàn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的特點(diǎn),讓學(xué)生在做中學(xué).

4.2 踐行“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”的課程理念

本節(jié)課的教學(xué)思路大體是“情境——實(shí)驗(yàn)——分析——應(yīng)用”,先展示《西游記》中的場(chǎng)景圖片，現(xiàn)場(chǎng)演示人工煙霧實(shí)驗(yàn)引入課題,引發(fā)學(xué)生思考,再通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察兩種物態(tài)變化,并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析從而建立升華和凝華的概念,然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出升華吸熱和凝華放熱的規(guī)律,最后應(yīng)用所學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際,分析有關(guān)現(xiàn)象.在實(shí)驗(yàn)探究中獲取知識(shí),在體驗(yàn)和邏輯推理中滲透方法,提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

5 教學(xué)目標(biāo)

(1) 通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn),觀察、分析物態(tài)變化過(guò)程,建立升華和凝華的概念.了解生活中的升華和凝華現(xiàn)象.

(2) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，知道升華要吸熱、凝華要放熱.在探究中培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣,體會(huì)科學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用.

6 教學(xué)流程

7 教學(xué)過(guò)程

7.1 課前準(zhǔn)備

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(zhǎng)在干燥的易拉罐中裝入大半罐冰,再灑上兩勺鹽,輕輕搖幾下,靜置在桌上,等候觀察.

7.2 創(chuàng)設(shè)情境,引入課題

展示《西游記》中“官封弼馬溫”煙霧劇照.

教師:同學(xué)們,這個(gè)電視真的是在天上拍的嗎？像白云一樣流動(dòng)的煙霧是如何制作的？想看嗎？下面我們請(qǐng)出一位神秘嘉賓.

演示實(shí)驗(yàn)：人工煙霧，先在一個(gè)搪瓷碗里倒上大半碗熱水,再將厚布袋套住二氧化碳滅火器的噴嘴,拔出保險(xiǎn)銷,按壓四五次,制取適量干冰(先對(duì)學(xué)生講是白色固體),給每個(gè)小組分發(fā)(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(如圖1).

圖1

教師:這位神秘嘉賓是誰(shuí)？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是什么？大家想知道嗎？這就是本節(jié)課我們要探討的內(nèi)容——升華和凝華.

7.3 觀察實(shí)驗(yàn),建立概念

7.3.1 知識(shí)回顧

教師:舞臺(tái)上的煙霧實(shí)際上是“白氣”，我們用別的方法也能制造“白氣”.

演示實(shí)驗(yàn):用汽車(chē)降溫劑(先說(shuō)明是無(wú)毒的)在空中噴一下,產(chǎn)生大量的“白氣”(如圖2).提問(wèn):“白氣”是什么？它是怎樣產(chǎn)生的？

引導(dǎo)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.

圖2

教師:水蒸氣液化要放熱,說(shuō)明降溫劑能吸收熱量,能起到迅速降溫的作用.它的主要成分是液態(tài)二氧化碳，那么它是怎樣起到降溫作用的？

引導(dǎo)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.

7.3.2 觀察思考

演示實(shí)驗(yàn):模擬冰窗花.如圖3所示，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(chē)降溫劑對(duì)準(zhǔn)背面噴五六次,噴霧時(shí)噴嘴距鏡子約6cm，發(fā)現(xiàn)原本干燥清晰的鏡面模糊不清了.

圖3

教師: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,能刮起像雪花一樣的東西.提問(wèn):這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？學(xué)生回答：氣體直接變成了固體.

7.3.3 動(dòng)手實(shí)驗(yàn)

教師: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攝氏度.現(xiàn)在請(qǐng)大家觀察桌上的易拉罐外表面出現(xiàn)了什么？

如圖4所示，學(xué)生能知道是霜，引導(dǎo)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(kāi)始并沒(méi)有水,加入冰和鹽后,易拉罐溫度急劇降低,霜是由周?chē)乃魵庥龅嚼涞囊桌扌纬傻?

圖4

教師:這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？

學(xué)生：氣態(tài)的水蒸氣可以直接變成固態(tài)的小冰晶.

教師:物理學(xué)中,把物質(zhì)由氣態(tài)直接變?yōu)楣虘B(tài)的現(xiàn)象叫做凝華.

7.3.4 觀察思考

教師:剛才分發(fā)給大家的白色固體現(xiàn)在還有嗎？

學(xué)生：沒(méi)有了(或減少了).

引導(dǎo)學(xué)生分析:白色固體并沒(méi)有熔化變成液體.

教師:這說(shuō)明了什么？

學(xué)生：白色固體直接變成了氣體跑到空氣中了.

教師:物理學(xué)中,把物質(zhì)由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的現(xiàn)象叫做升華.

7.3.5 動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察碘的升華和凝華

教師:其他物質(zhì)是否可以發(fā)生升華和凝華呢？各小組桌上有一個(gè)碘錘,管壁是清晰、干燥、干凈的,管內(nèi)裝有顆粒狀的碘晶體,想要觀察到碘是否發(fā)生了明顯的升華和凝華,要怎么辦？

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):如圖5所示，手持碘錘的手柄,將管身泡在熱水中進(jìn)行加熱,觀察碘的升華;然后取出碘錘,讓管身豎直,觀察碘的凝華.

圖5

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn):觀察碘的升華(水浴法)，教師巡視指導(dǎo)，學(xué)生完成后,由學(xué)生解說(shuō)其操作過(guò)程和觀察到的現(xiàn)象.

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn):觀察碘的凝華，實(shí)驗(yàn)完成后,由學(xué)生解說(shuō)觀察到的現(xiàn)象.

7.4 實(shí)驗(yàn)探究,得出規(guī)律

教師:前面我們學(xué)習(xí)過(guò)的四種物態(tài)變化過(guò)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？

引導(dǎo)學(xué)生分析:在實(shí)驗(yàn)中我們對(duì)玻璃管加熱,碘就吸收了熱量,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(kāi)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.

教師:同學(xué)們的分析很有道理.今天我給大家準(zhǔn)備了一個(gè)實(shí)驗(yàn),能直觀地說(shuō)明升華和凝華的吸放熱規(guī)律.

演示實(shí)驗(yàn):如圖6所示，將兩只相同的錐形瓶置于電爐中央上方相同高度處,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)字溫度計(jì)測(cè)量瓶?jī)?nèi)溫度,溫度計(jì)規(guī)格相同,保證探頭高度相同.打開(kāi)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(kāi).指導(dǎo)學(xué)生將觀察到的現(xiàn)象記錄在下表中.

過(guò)程碘瓶?jī)?nèi)的溫度/℃空瓶?jī)?nèi)的溫度/℃溫度變化多少/℃溫度變化快慢初溫末溫初溫末溫碘瓶空瓶碘瓶空瓶結(jié)論加熱升溫 冷卻降溫

引導(dǎo)學(xué)生分析:加熱時(shí)兩只瓶吸收的熱量基本相同,瓶?jī)?nèi)溫度上升快慢不同,碘瓶?jī)?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?說(shuō)明碘升華要吸熱;停止加熱后,瓶子對(duì)外界放熱,觀察到碘蒸氣逐漸減少,凝華成碘晶體,碘瓶?jī)?nèi)溫度下降更慢,說(shuō)明碘凝華要放熱.

7.5 聯(lián)系實(shí)際,學(xué)以致用

教師：霜是如何形成的？

學(xué)生:水蒸氣溫度急劇降低,凝華變?yōu)樾”Ц皆谖矬w表面.

教師：人工煙霧是如何形成的？

學(xué)生:固態(tài)的干冰升華吸收大量的熱,使周?chē)諝庵械乃魵鉁囟冉档鸵夯尚∷物h浮在空氣中,形成“白氣”.

教師：白熾燈用久了會(huì)有什么現(xiàn)象？

學(xué)生:白熾燈泡用久了會(huì)變黑.

引導(dǎo)學(xué)生分析:白熾燈泡用久了會(huì)發(fā)黑,說(shuō)明鎢絲發(fā)生了升華和凝華.燈泡工作時(shí),燈絲溫度高,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晶體粉末附在玻璃泡的內(nèi)壁上,長(zhǎng)時(shí)間以后燈泡就變黑了.

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

演示實(shí)驗(yàn):如圖7所示，取新的“6V 10W”小燈泡兩只,用無(wú)級(jí)調(diào)壓器對(duì)其中一只供電,將電壓從0逐漸調(diào)到13V,持續(xù)30—60秒,再將電壓調(diào)回零,讓學(xué)生看到燈絲并沒(méi)有熔斷,再與另一只進(jìn)行對(duì)比,觀察其是否變黑.最后進(jìn)行課堂小結(jié).

圖7