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第一冊(cè)熔化和凝固
(一)教學(xué)目的
1.知道什么是熔化和凝固現(xiàn)象。
2.理解晶體的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)的物理意義。
3.知道晶體和非晶體的熔化、凝固的區(qū)別。
4.知道熔化吸熱、凝固放熱。
5.了解圖象在學(xué)習(xí)物理學(xué)中的作用。
(二)教具
學(xué)生實(shí)驗(yàn)，三人一組。每組配備熔化實(shí)驗(yàn)儀器、酒精燈、鐵架臺(tái)、石棉網(wǎng)、溫度計(jì)二支、海波、蠟、水、火柴、坐標(biāo)紙。
(三)教學(xué)過(guò)程
一、新課引入
教師：我們?cè)谛W(xué)自然常識(shí)課中學(xué)習(xí)過(guò)物質(zhì)存在的三種狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。但是物質(zhì)的狀態(tài)不是一成不變的。當(dāng)物體的溫度發(fā)生變化時(shí)，物質(zhì)的狀態(tài)也往往發(fā)生改變，所以物質(zhì)狀態(tài)的變化也屬于熱現(xiàn)象。
二、進(jìn)行新課
1.熔化和凝固
教師提問(wèn)：你見(jiàn)過(guò)哪些物質(zhì)由固態(tài)變成液態(tài)的現(xiàn)象?
(學(xué)生回答)
春天來(lái)了，湖面上的冰化成水；固態(tài)的鐵、鋁等金屬塊在高溫下變成了液態(tài)等等，這些都是物質(zhì)由固態(tài)變成液態(tài)的現(xiàn)象。
提問(wèn)：你見(jiàn)過(guò)哪些物質(zhì)由液態(tài)變成固態(tài)的現(xiàn)象?
(學(xué)生回答)
冬天到了，氣溫下降，湖面上的水結(jié)成冰；工廠的鑄造車間里，工人將鐵水澆在模子里，冷卻后，鐵水變成了固態(tài)的鑄件。
我們把物質(zhì)由固態(tài)變成液態(tài)的過(guò)程叫熔化。物質(zhì)由液態(tài)變成固態(tài)的過(guò)程叫做凝固。剛才我們提到的冰化成水是熔化，水結(jié)冰是凝固。鐵、鋁等金屬塊在高溫下變成液態(tài)是熔化，鐵水鑄成工件是凝固。
除此之外，蠟、松香、瀝青、玻璃等物質(zhì)也能熔化和凝固。
2.學(xué)生實(shí)驗(yàn)：觀察海波的熔化。
(1)講述實(shí)驗(yàn)的做法
各組的熔化實(shí)驗(yàn)儀器中放入了少量的晶體物質(zhì)海波。
將攪拌器和溫度計(jì)的玻璃泡插入試管里的海波粉中，溫度計(jì)的玻璃泡不要接觸試管壁和底，要埋在海波粉中。
把試管放在大燒杯的水中，將燒杯放在鐵架臺(tái)的石棉網(wǎng)上，用酒精燈加熱。等水溫升至30℃以上時(shí)，用攪拌器不停地?cái)噭?dòng)，每隔半分鐘記錄一次海波的溫度，并觀察海波的狀態(tài)。最后根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出海波的溫度隨時(shí)間變化的圖線。
(2)注意事項(xiàng)
為了做好實(shí)驗(yàn)，每組的三位同學(xué)要分工合作。一位同學(xué)攪動(dòng)，一位同學(xué)讀數(shù)，并觀察海波的狀態(tài)，第三位同學(xué)記錄溫度和狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中，攪動(dòng)必須不停地進(jìn)行，以保證海波受熱均勻。
(3)學(xué)生操作，等各組的熔化過(guò)程完成后繼續(xù)加熱，教學(xué)活動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行。
3.海波的熔化曲線的分析
(教師選擇一個(gè)組的熔化曲線，請(qǐng)?jiān)摻M同學(xué)畫在黑板上)
教師：其他各組的曲線雖然不完全相同，但是大致形狀如圖所示。我們將這一曲線分為AB、BC和CD三段，請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合實(shí)驗(yàn)，回答下列問(wèn)題。
（1)AB段。在這段曲線對(duì)應(yīng)的一段時(shí)間內(nèi)海波是什么狀態(tài)?溫度怎樣變化?(答：AB段所對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)海波是固態(tài)，溫度升高)
(2)在曲線上的哪一點(diǎn)海波開始熔化?(答：B點(diǎn))
(3)在BC段對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)，海波的狀態(tài)如何?溫度是否變化?這段時(shí)間是否對(duì)海波加熱?(答：BC段所對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)海波的狀態(tài)是固態(tài)和液態(tài)共存。海波的溫度保持在48℃左右不變。此時(shí)仍在繼續(xù)對(duì)海波加熱，即海波仍在吸熱)
(4)在CD段對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)海波是什么狀態(tài)?溫度如何變化?(答：海波的狀態(tài)是液態(tài)，海波已經(jīng)熔化完畢，繼續(xù)加熱，海波的溫度升高)
4.熔點(diǎn)
教師：除了海波以外，其他晶體物質(zhì)，如各種金屬、冰、固態(tài)酒精等，它們的熔化曲線都與海波的熔化曲線形狀相似，只是熔化時(shí)的溫度高低不同而已。這條熔化曲線反映了晶體物質(zhì)熔化的一個(gè)重要特征--晶體的熔化是在一定的溫度下完成的，即晶體在熔化過(guò)程中，溫度保持不變。
晶體熔化時(shí)的溫度叫熔點(diǎn)。純海波的熔點(diǎn)是48 ℃。我們實(shí)驗(yàn)用的海波不純，熔點(diǎn)低于48 ℃。
5.凝固曲線
教師：如果讓熔化了的海波冷卻，記下液態(tài)海波在冷卻凝固成晶體過(guò)程中的溫度隨時(shí)間變化情況，可得到凝固曲線近似下圖的形狀。請(qǐng)大家思考并回答：
(1)DE段。海波是____態(tài)，____熱(填"吸"或"放")，溫度______。
(2)EF段。海波的狀態(tài)是______，____熱，溫度______。
(3)FG段。海波的狀態(tài)是______，____熱，溫度______。
教師：晶體的凝固也是在一定的溫度下完成。晶體凝固時(shí)的溫度叫凝固點(diǎn)，晶體的凝固點(diǎn)和它的熔點(diǎn)相同。
6.學(xué)生練習(xí)
(1)讀物質(zhì)的熔點(diǎn)表。請(qǐng)學(xué)生看課本上的熔點(diǎn)表。教師讀一種物質(zhì)的熔點(diǎn)并加以解釋。
教師：鎢的熔點(diǎn)是3 140 ℃。鎢在熔化時(shí)溫度保持在3 140 ℃不變。
(學(xué)生模仿教師讀幾種物質(zhì)的熔點(diǎn)并加以解釋)
(2)學(xué)生回答
�、贉囟仁�70 ℃的萘是____態(tài)。
�、谒�-5 ℃時(shí)是____態(tài)。
�、坭F、銅、鋁在常溫下是____態(tài)。
�、芩y在-30 ℃時(shí)是____態(tài)。
�、菥凭�-100 ℃時(shí)是____態(tài)。
�、掊a在232 ℃時(shí)是____態(tài)。
�、咧袊�(guó)北部的漠河冬季氣溫最低到-52.3℃，應(yīng)選用水銀溫度計(jì)還是酒精溫度計(jì)?為什么?(應(yīng)選用酒精溫度計(jì)。因?yàn)榫凭哪厅c(diǎn)是-117 ℃，在-52.3
℃的情況下，酒精是液態(tài)的。水銀的凝固點(diǎn)是-39 ℃，在氣溫低于-39 ℃時(shí)，水銀的固態(tài)的。所以水銀溫度計(jì)在冬季的漠河無(wú)法工作。)
7.熔化吸熱和凝固放熱
教師：現(xiàn)在請(qǐng)大家結(jié)合熔化和凝固的實(shí)驗(yàn)聽一段海波的自白，并回答問(wèn)題。
“我叫海波，我的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)都是48 ℃�，F(xiàn)在我的體溫恰好是48 ℃，請(qǐng)你們告訴我，我是應(yīng)該熔化，還是應(yīng)該凝固呢?只要你們說(shuō)得對(duì)，我就照你們說(shuō)的辦。”
(學(xué)生討論并回答)
48
℃既是海波熔點(diǎn)也是它的凝固點(diǎn)。此時(shí)海波是熔化還是凝固，關(guān)鍵要看海波是吸熱還是放熱。固態(tài)海波在溫度到達(dá)熔點(diǎn)時(shí)，吸熱則熔化。液態(tài)海波在溫度到這一溫度時(shí)，放熱則凝固。所以熔化時(shí)吸熱，凝固時(shí)放熱。
8.學(xué)生實(shí)驗(yàn)：非晶體的熔化和凝固
教師：物質(zhì)除了晶體還有非晶體，松香、石蠟、玻璃等屬于非晶體。我們現(xiàn)在利用實(shí)驗(yàn)研究石蠟的熔化和凝固。
我們所用的實(shí)驗(yàn)裝置還是剛才用過(guò)的裝置，實(shí)驗(yàn)步驟也完全相同。
(學(xué)生操作、實(shí)驗(yàn))
教師：請(qǐng)一個(gè)組把石蠟的熔化和凝固曲線畫在黑板上。
從石蠟的熔化和凝固曲線可知，非晶體的熔化和凝固跟晶體不同。非晶體沒(méi)有一定的熔點(diǎn)，也沒(méi)有一定的凝固點(diǎn)。石蠟熔化時(shí)吸熱，溫度不斷上升，固態(tài)石蠟由硬變軟，然后再變?yōu)橐簯B(tài)。凝固時(shí)放熱，石蠟由液態(tài)變?yōu)檎吵�，然后由軟變硬，形成固態(tài)。
三、歸納總結(jié)
1.物質(zhì)由固態(tài)變成液態(tài)叫熔化。物質(zhì)由液態(tài)變成固態(tài)叫凝固。
晶體和非晶體的熔化、凝固有明顯的區(qū)別：晶體的熔化和凝固是在一定的溫度下完成，這個(gè)溫度分別叫熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)。而非晶體沒(méi)有一定的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)。但是不論晶體還是非晶體，熔化時(shí)都吸熱，凝固時(shí)都放熱。所以，晶體實(shí)現(xiàn)熔化的條件可概括為兩條：一是溫度到達(dá)熔點(diǎn)，二是吸熱。凝固的條件是溫度到達(dá)凝固點(diǎn)，同時(shí)要放熱。
2.通過(guò)以上的學(xué)習(xí)，請(qǐng)大家考慮以下兩個(gè)問(wèn)題。
(1)冰水混合物的溫度為什么是0 ℃?(學(xué)生思考并回答)
冰水混合物中有冰又有水，冰和水的物態(tài)變化有兩種可能：其一是冰尚未熔化完畢，冰熔化時(shí)溫度保持在熔點(diǎn)不變。另一種可能是尚未凝固完畢，溫度也應(yīng)保持在凝固不變。所以冰水混合處于熱平衡狀態(tài)，溫度為0
℃。
(2)人們常說(shuō)"下雪不冷化雪冷"，這句話是什么道理?
(學(xué)生思考并回答)
雪在熔化時(shí)溫度保持在0 ℃不變，但是要吸熱。雪從空氣中吸熱，氣溫下降，所以化雪時(shí)更冷。
3.北方的冬季較冷，為了妥善地保存蔬菜，多在菜窖里放幾桶水，可以利用水結(jié)冰時(shí)放出熱，窖內(nèi)溫度不致太低�，F(xiàn)在，人們研制出一種聚乙烯材料，在15 ℃～40
℃的范圍內(nèi)熔化或凝固，而熔化或凝固時(shí)，溫度保持不變。所以，人們將這種材料制成顆粒狀，摻在水泥中制成儲(chǔ)熱地板或墻壁，天氣熱時(shí)顆粒熔化，天氣冷時(shí)又凝固成顆粒，能調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。
四、作業(yè)
1.完成課文后的練習(xí)。
2.習(xí)題3、4、5。
(四)說(shuō)明
1.本節(jié)課文內(nèi)容豐富，知識(shí)有一定的難度。教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)是熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)及熔化吸熱和凝固放熱。建議安排好學(xué)生實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)晶體熔化和凝固時(shí)的特點(diǎn)，對(duì)圖像分析得細(xì)致、透徹，有利于學(xué)生加深認(rèn)識(shí)、突出重點(diǎn)。
2.教學(xué)難點(diǎn)是晶體熔化或凝固時(shí)，雖然伴隨有熱的得失，但是溫度不變。受初中學(xué)生知識(shí)水平的限制，教師不必從理論上去講解，只要通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，從事實(shí)出發(fā)，學(xué)生能記住這一事實(shí)即可。
3.突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)的有效方法是做好學(xué)生實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是海波的純度盡可能高。二是對(duì)海波開始加熱時(shí)，不要用溫水，溫水會(huì)使試管內(nèi)靠管壁的海波先熔化，而中央部分的海波的溫度還沒(méi)有達(dá)到48
℃。三是攪拌要及時(shí)、不停頓。由于海波是粉末狀，導(dǎo)熱性能差，只有不停攪拌才可望實(shí)驗(yàn)成功。
4.熔化吸熱、凝固放熱的教學(xué)，采用海波自白這種擬人化的方法，頗具趣味性和啟發(fā)性，教師不妨一試。
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