八年級物理《熔化和凝固》教案
一、本節(jié)三維目標要求
1．知識與技能
了解晶體和非晶體的區(qū)別。知道一些物質(zhì)的熔點。
知道熔化和凝固的含義。
認識熔化是吸熱過程，了解熔化曲線和凝固曲線的物理含義。
2．過程與方法
感知發(fā)生熔化和凝固的條件
區(qū)別晶體和非晶體，感悟物質(zhì)世界的美麗多姿。
經(jīng)歷固體熔化的實驗探究過程，學習實驗探究的基本思路和方法。
了解圖像是一種比較直觀的表示物理量變化的方法。學習根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出物理圖像的方法。
3．情感、態(tài)度與價值觀
嘗試對環(huán)境溫度問題發(fā)表自己的見解。有關(guān)注環(huán)境溫度的意識。
嘗試將生活和自然界中的一些現(xiàn)象與物質(zhì)的熔點聯(lián)系起來，將所學知識與生產(chǎn)、生活相結(jié)合。
關(guān)注自然現(xiàn)象，產(chǎn)生樂于探究自然現(xiàn)象的興趣和欲望。
二、重點和難點
本節(jié)重點是探究固體熔化過程的規(guī)律。
本節(jié)難點是實驗數(shù)據(jù)的圖像轉(zhuǎn)換方法。
三、教學實施建議
（一）教學過程
本節(jié)安排3個教學板塊：（1）認識晶體；（2）實驗探究固體熔化過程的規(guī)律；（3）液體的凝固。
1.認識晶體
學生對將固體區(qū)別為晶體和非晶體認識不足，教師應著力調(diào)動學生的觀察積累，利用教科書提供的圖片，酌情展示一些常見晶體和非晶體的實物、模型、圖片資源，首先讓學生建立區(qū)別晶體和非晶體的宏觀依據(jù)——形狀規(guī)則與否的概念，初步認識晶體和非晶體的區(qū)別。
2.實驗探究固體熔化過程的規(guī)律
不宜將本板塊變?yōu)檠菔�，要舍得投入時間，引領(lǐng)學生經(jīng)歷固體（含晶體與非晶體）熔化的實驗探究全過程，初步領(lǐng)略科學探究的各個環(huán)節(jié)，學習科學探究的基本思路和方法。這也是課時安排建議本節(jié)2課時的主要原因。
�。�1）首先，教師應引導學生注意晶體和非晶體不同的形狀和不同的加工工藝，猜想到它們可能存在不同的熔化規(guī)律；在觀察和思考的基礎(chǔ)上，提出探究問題：熔化是在什么條件下發(fā)生的？熔化過程有什么特點？晶體和非晶體的熔化規(guī)律究竟有什么不同？
�。�2）為了研究提出的問題，重要的是組織學生討論，制訂出分工合理、實用高效的探究討劃和實驗設(shè)計方案。
各組首先應選取一種晶體、一種非晶體作為對比研究對象；為了使結(jié)論具有普遍性，各組所選研究對象要在條件允許的情況下盡可能不同。其次，要探究熔化規(guī)律，自然需要將研究對象熔化，怎樣熔化？在熔化過程中需要觀測記錄哪些數(shù)據(jù)和現(xiàn)象？需要什么實驗器材或儀器？要否自己尋找或自制？這些都不要教師給定。這些問題需要師生討論，達成共識，并要有所約定。例如，各組達成借助酒精燈加熱晶體和非晶體使之熔化的基本思路，約定定時（例如每隔30s）記錄加熱過程中晶體和非晶體的溫度，并確認當時研究對象的狀態(tài)，直到熔化持續(xù)一段時間為止。至于各組探討的具體問題，例如，停止加熱后，熔化情況怎樣？是選取冰和蠟，還是選取海波和松香或者別的作為研究對象？是用水浴法加熱，還是直接加熱？都應該以寬容的態(tài)度對待。需知：規(guī)范完美的科學探究純屬理想模型，在實際上是不存在的，以此模式組織探究只能是“假探究”；各組探究過程的差異應視為寶貴的課程和教學資源，使得合作交流、討論評估更具實際價值。
�。�3）在進行實驗和收集證據(jù)過程中，應幫助學生解決一些實際問題：
�、龠M一步鞏固使用酒精燈或無煙臘加熱物體的規(guī)范要求。
�、诹私鈱嶒炇页Ｓ靡后w溫度計的工作原理、構(gòu)造特點、溫度范圍及分度值。
�、蹖W會測量溫度，知道用溫度計測量溫度的正確方法和注意事項：
·確認溫度計的量程和分度值。
·將溫度計的.玻璃泡與被測量的物體充分接觸。
·當溫度計的示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)。讀數(shù)時，溫度計仍需和被測物體接觸（體溫計除外）。
·讀數(shù)時，視線要與溫度計中液柱上表面相平。
④研究固體熔化時溫度的變化規(guī)律，需要知道它們?nèi)刍^程中的溫度。如何使待熔化物體均勻受熱、使溫度計的玻璃泡與待熔化固體充分接觸呢？怎樣使待熔化固體緩慢熔化，以便觀察和測量呢？
·待熔固體應為細�；蚍勰�。
·盛裝待熔固體的試管應較細，以增大受熱面積。裝入試管中的待熔固體應適量（過少，則熔化過程太短，不利觀測；過多，則受熱不均勻）。
·優(yōu)選間接加熱（例如水浴）法，并用兩枚溫度計同監(jiān)測試管內(nèi)外的溫度，調(diào)整控制熱源加熱力度，使內(nèi)外溫差保持在2～3℃左右。
·建議學生先做非晶體熔化實驗，再做晶體熔化實驗。用意有二：前者較易成功且易理解；能夠?qū)笳弋a(chǎn)生更強列的印象和反差。
�、葜笇W生分工合作，高效安全地進行實驗、收集證據(jù)。
�。�4）在數(shù)據(jù)處理、討論交流和評估環(huán)節(jié)，教師的主要工作應集中于：
�、偌せ顚W生尋找和比較數(shù)據(jù)規(guī)律的需要。
②幫助學生回顧數(shù)學上描點作圖的一般方法及其優(yōu)點，指導學生在方格紙上描畫物質(zhì)熔化曲線。
③熱情支持學生的附加探究實驗，允許學生重做或部分重做實驗，以便擴大交流和評估成果。
�、転閷W生提供討論和評估的必要物質(zhì)條件，例如，提供視頻展臺或?qū)嵨锿队皟x，用以展示各組所得熔化曲線和數(shù)據(jù)記錄表格。
�、輰嶒灲Y(jié)論不宜絕對化。為了達成共識，應組織學生對比分析、總結(jié)晶體和非晶體的熔化過程，歸納出二者的同異點，總結(jié)出晶體熔化的兩個必要條件：①達到熔點；②繼續(xù)加熱（吸收熱量）。
�。�5）得出固體熔化過程的規(guī)律后，教師可予以擴展。
�、俳o出熔點概念。指出熔點是晶體物質(zhì)的基本屬性之一。生活和自然界中，生產(chǎn)和技術(shù)上，許多現(xiàn)象和應用都與熔點有關(guān)。
②引導學生用分子動理論初步解釋熔化的吸熱過程。
�、劢榻B常見物質(zhì)的熔點，使學生對之有定性的了解。要求記住冰的熔點。
3.液體的凝固
教科書對液體的凝固處理較為粗略，教學中可引導學生采用有意的接受學習方式進行。
（1）列舉生活、生產(chǎn)、技術(shù)上的液體凝固實例。例如，水結(jié)成冰，塑料顆粒熔化后注入鋼模冷卻凝固成塑料盒，熔融狀態(tài)下的玻璃軋制成玻璃板……
�。�2）凝固過程和凝固曲線。引導學生對比冰（晶體）熔化過程的三個階段，采用類比的方法，分析水（液體）凝固過程的三個階段的吸放熱特點和溫度變化特點。要明確：雖然同種物質(zhì)的凝固點和熔點相同，但兩種曲線卻具有不同的物理含義。同時總結(jié)歸納出熔融狀態(tài)下的晶體凝固的兩個必要條件：①達到凝固點；②放出熱量。還應對比分析熔融狀態(tài)下的晶體與非晶體的凝固過程的異同點。使學生獲得相對完整的固液變化的認識。
為了同一目的，建議布置課外實驗探究活動：利用冰箱設(shè)計實驗，研究水的凝固過程并畫出水的凝固圖像。
（3）組織學生綜合運用熔化和凝固規(guī)律，特別是聯(lián)系5.1自我評價中的屋檐上冰錐的形成過程，交流討論教科書有關(guān)“火山爆發(fā)后”內(nèi)容，要求學生做到運用所學知識和方法進行必要的推理分析。
熔巖在流淌過程中，將因向周圍放熱而導致溫度不斷降低。雖然剛從火山口噴出時巖漿溫度相同，但凝固點（熔點）高的礦物巖漿將首先凝固，這些凝固的礦物要么沉積下來，要么隨未凝固的巖漿向前推移，直到所有巖漿均在火山口周圍依山傍勢凝固�；旧习撮蠙焓⑤x石、角閃石、黑云母、正長石、白云母、石英排列。
（二）材料準備與實驗設(shè)計
1.實驗材料準備
本節(jié)教學需要準備的材料有溫度計、試管、酒精燈或無煙臘、鐵架臺等。
冰塊、海波、峰蠟、松香等均由實驗室統(tǒng)一制備。其中冰塊由實驗室用電冰箱統(tǒng)一制備，學生只需按設(shè)計要求制成碎冰即可使用。海波，化學名稱“硫代硫酸鈉”，分子式Na2S2O3，商用海波常為較大的晶粒，通常在試劑商店或照相器材商店有售。海波熔點為48℃，因含有雜質(zhì)可略有不同。
順便提及，以往教學中常選固態(tài)萘（熔點為80.5℃）作為研究熔化和凝固過程的實驗器材，因為萘在加熱過程中會放出有毒揮發(fā)物，現(xiàn)已廢止。
2.實驗設(shè)計
（1）在用大蘇打（硫代硫酸鈉）做晶體熔化實驗時，試管中晶體粉末不宜過多，只要全部熔化后仍能浸沒溫度計測溫泡即可。實驗中溫度計測溫泡不要和試管壁接觸，為了使晶體粉末受熱均勻，可在粉末中混一些碎的細銅絲，加熱時應不斷攪拌。為了縮短加熱時間，不要用冷水，起始溫度可高些(35～40℃之間)，每隔l分鐘記錄l次溫度，大蘇打的熔點在47～49℃左右(由于總會含有雜質(zhì)，一般不可能正好是48℃)。實驗時，最好用另一溫度計測水溫。如果環(huán)境溫度太高，水溫上升太快，會使大蘇打熔化太快，畫出熔化圖線的平直部分太短。為了充分顯示晶體熔化時溫度不變的特性，加長曲線的平直部分，實驗中當加熱到大蘇打開始熔化時，應適當減緩加熱，甚至停止加熱一會兒，讓大蘇打逐步從50～60℃的水中吸熱熔化。從開始熔化到全部熔化大約持續(xù)4分鐘左右溫度不變，整個實驗中約需記錄12～15個數(shù)據(jù)，持續(xù)15分鐘�？v軸起始溫度應為35℃，所標溫度范圍35～60℃。
�。�2）探究冰的熔化規(guī)律：
用圖5-2-1所示的學具裝置也可以探究冰的熔化規(guī)律。注意觀察狀態(tài)變化過程，并且每隔10秒鐘記錄一次溫度，直到全部熔化后再過2分鐘為止。
（3）利用電冰箱研究水的凝固過程：
可安排為課外實踐活動，意在對課堂教學中液體凝固類比結(jié)論的驗證。
四、發(fā)展空間
（一）“自我評價”參考答案
1.0℃，BC段
2.非晶體
（二）“家庭實驗室”指導
吊冰游戲：鹽的熔點高于冰的熔點。冰上撒些鹽，因鹽的溫度高于0℃，致使局部冰面熔化，鹽溶化在水中吸熱，使繩子周圍冰面上熔化的冰重新凝固，故而幾秒鐘后就能用繩子把冰吊起來。
類似的，可做“復凝”游戲：將一塊冰置于桌面上，把兩端懸掛重錘的細線橫置于冰塊上表面，則可見細線緩慢切過冰塊落至桌面，而冰塊仍是“堅冰”一塊，依稀還可找到細線“切豆腐”的痕跡，但“豆腐”重新又連成一片。這是利用冰在壓力下熔點提高的特性實現(xiàn)的。
晶體花園：水在蒸發(fā)過程中吸熱，將加速食鹽水的凝固，由于瓦片放置和色素沉著，碗中各處食鹽結(jié)晶析出的形狀殊異，因而生成漂亮的“晶體花園”。
（三）“物理在線”和“走向社會”指導
太空材料：組織學生下載網(wǎng)上信息或去圖書館查找資料，走訪專家學者，集中討論以下問題：（1）什么是太空材料？（2）太空材料成本昂貴，為什么要制選太空材料？（3）你希望太空實驗工廠制造什么新的材料？說說你的設(shè)想。
五、教學資源
（一）教學視頻
1.晶體世界（見“教師備課系統(tǒng)”光盤）
2.火山（見“教師備課系統(tǒng)”光盤）
3.太空材料（見“教師備課系統(tǒng)”光盤）
（二）參考資料
1.溫度計的發(fā)展
溫度計是測溫儀器的總稱。依據(jù)所用測溫物質(zhì)的不同和測溫范圍的不同，有煤油溫度計、酒精溫度計、水銀溫度計、氣體溫度計、電阻溫度計、溫差電偶溫度計、輻射溫度計和光測溫度計等。
世界上第一支溫度計是意大利科學家伽利略于1593年發(fā)明的。那時的溫度計是一根一端敞口的玻璃管，另一端帶有一個玻璃泡(如圖5-2-2)。使用時先給玻璃泡加熱，然后把玻璃管插入水中；測溫時將玻璃球與不同溫度的物體相接，由于管內(nèi)空氣的熱脹冷縮，玻璃管圖5-2-2伽利略發(fā)明的第一支溫度計
中的水面就會上下移動，根據(jù)移動的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。這種溫度計，受外界大氣壓強等環(huán)境因素的影響較大，所以測量誤差大。后來伽利略的學生和其他科學家做了各種改進，其中比較突出的是法國人布利奧在1659年制造的溫度計，他把玻璃泡的體積縮小，并把測溫物質(zhì)改為水銀，這樣的溫度計已具備了現(xiàn)在溫度計的雛形。之后德國人華倫海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水銀作為測量物質(zhì)，制造了更精確的溫度計。他觀察了水的沸騰溫度、水和冰混合時的溫度、鹽水和冰混合時的溫度；經(jīng)過反復實驗與核準，最后把一定濃度的鹽水凝固時的溫度定為0℉，把純水凝固時的溫度定為32℉，把標準大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉，用℉代表華氏溫度，這就是華氏溫度計。
在華氏溫度計出現(xiàn)的同時，法國人列繆爾(1683－1757)也設(shè)計制造了一種溫度計。他把冰點和沸點之間分成80份，定為自己溫度計的溫度分度，這就是列氏溫度計。
1742年,瑞典人攝爾修斯改進了華倫海特溫度計的刻度，他把水的沸點定為零度，把水的冰點定為100度。后來他的同事施勒默爾把兩個溫度點的數(shù)值又倒過來，就成了現(xiàn)在的百分溫度，即攝氏溫度，用℃表示。華氏溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系可以表達為
℉＝9/5℃+32，或℃＝5/9(℉－32)。
1848年英國物理學家開爾文創(chuàng)立了開氏溫標：也稱熱力學溫標。熱力學溫標每一度的大小和攝氏溫標完全相同，不過，它不是以水的冰點作為零度的，而是以理論上所說的分子熱運動將完全停止時的溫度，即-273.16℃作為零度，用K表示。要物質(zhì)的熱運動完全停止是絕對不可能的，-273.16℃只不過是人們可以無限接近，但永遠也不可能達到的溫度。這一溫度也叫做絕對零度。
現(xiàn)在在說英語的國家，如英國、美國、加拿大、澳大利亞和印度等國，常用華氏溫度；而世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以及我國、法國等大多數(shù)國家則常用攝氏溫度；在科學研究中，一般使用熱力學溫標。（張計懷）
2.太空材料
1987年以來，我國多次利用返回式衛(wèi)星搭載，進行空間材料加工試驗，目前已取得較大進展。把需要合成的材料，放人特制的同一容器中，裝進太空爐，隨衛(wèi)星一道送人太空，在太空通過太空爐，對材料進行加溫，熔化，再降溫，變成固體，合成出新的材料，然后伴隨著返回式衛(wèi)星，回到地球，由此加工出的材料，人們俗稱它為太空材料。
1987年，我國在太空成功地制造出砷化鎵晶體，當時在國際科技界引起高度重視。10年來，我國又先后利用返回式衛(wèi)星，在空間試驗加工出了碲鎘汞、銻化銦、鉛鋁合金等數(shù)十種新型材料。
由于地面和空間環(huán)境有別，所以加工材料可利用的外界條件不同，空間實際上是人類所需要探索研究的新領(lǐng)域。鋁和鉛在地面的比重相差很大，鋁輕鉛重，即使把它們?nèi)刍兂梢后w狀，最后鉛也要沉在容器的下面，鋁則要浮在上面，二者實在是難以混合在一起。到了太空，基本克服了地球的引力，鋁和鉛就可非常容易地混合在一起。
根據(jù)同樣的道理，如果我們在太空，把氣泡加入到熔化后的金屬中去，并使它們均勻分布，這樣就有可能制造出比普通泡沫還輕的金屬體。由于物體到了太空幾乎沒有輕重之分，所以能夠比較容易地把不同比重的物質(zhì)合成在一起，從而得到地面難以得到的更有價值的材料。用砷化鎵制造出的微波晶體管，是衛(wèi)星通訊和移動通訊性能優(yōu)越的口和耳。在太空合成的高質(zhì)量的碲鎘汞單晶，用于制造紅外探測器，則是導彈、遙感衛(wèi)星更為敏銳的眼睛。
人類在空間制造材料，目前還處在試驗和起步階段。今后隨著有關(guān)學科和技術(shù)的進步，一定會得到更大發(fā)展，從而更加廣泛地服務于國防和國民經(jīng)濟建設(shè)。
3.影響熔點的因素
熔點，實質(zhì)上是該物質(zhì)固、液兩相可以共存并處于平衡的溫度，以冰熔化成水為例，在一個大氣壓下冰的熔點是0℃，而溫度為0℃時，冰和水可以共存，如果與外界沒有熱交換，冰和水共存的狀態(tài)可以長期保持穩(wěn)定．
物質(zhì)的熔點并不是固定不變的，有兩個因素對熔點影響很大．
�。�1）壓強。平時所說的物質(zhì)的熔點，通常是指一個大氣壓時的情況；如果壓強變化，熔點也要發(fā)生變化。熔點隨壓強的變化有兩種不同的情況．對于大多數(shù)物質(zhì)，熔化過程是體積變大的過程，當壓強增大時，這些物質(zhì)的熔點要升高；對于像水這樣的物質(zhì)，與大多數(shù)物質(zhì)不同，冰熔化成水的過程體積要縮小(金屬鉍、銻等也是如此)，當壓強增大時冰的熔點要降低。
如下兩圖中OL稱為固液兩相平衡曲線，又稱為熔化曲線．該曲線的左方表示固相穩(wěn)定存在的區(qū)域，右方一定的區(qū)域是液相穩(wěn)定存在的區(qū)域，而線上的任一點，都代表固液兩相平衡共存的狀態(tài)。OL線表示了該物質(zhì)的熔點隨壓強變化的規(guī)律。兩圖中OL線的斜率都很陡，說明物質(zhì)的熔點隨壓強的變化很小，例如冰的熔點，每增加一個大氣壓，熔點才下降0.0075℃，而要使冰的熔點下降1℃，則必須使壓強增加1.75X107Pa，約為大氣壓的170倍。兩個圖的斜率的正或負，反映了兩類物質(zhì)隨壓強的增大，熔點升高或降低的規(guī)律。
（2）溶有雜質(zhì)。以上討論的都是純凈的液態(tài)物質(zhì)，如果液體中溶有少量其他物質(zhì)，或稱為雜質(zhì)，即使數(shù)量很少，物質(zhì)的熔點也會有很大的變化，例如水中溶有鹽，熔點就會明顯下降，海水就是溶有鹽的水，海水冬天結(jié)冰的溫度比河水低，就是這個原因．飽和食鹽水的熔點可下降到約-220℃，北方的城市在冬天下大雪時，常常往公路的積雪上撒鹽，只要這時的溫度高于-22℃，足夠的鹽總可以使冰雪熔化．合金又稱為固態(tài)溶液，因為合金在液態(tài)時也可以看做是一種金屬溶于另一種金屬之中的溶液，因此合金的熔點比單質(zhì)低屬熔點要低，而且比組成合金的每一種金屬的熔點都低．例如錫的熔點是232℃，鉛的熔點是327℃，按一定比例組成的鉛錫合金的熔點則只有170℃，而由鉍、錫、鉛、鎘組成的合金的熔點可降低到70℃，常應用來制作保險絲、焊絲等。
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