八年级物理上第3节 汽化和液化.docx

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八年级物理上第3节汽化和液化

[八年级物理上]第3节汽化和液化

第3节  汽化和液化　　

一、本节三维目标要求　　

1．知识与技能　　

Ø        知道什么是汽化、液化。

Ø        了解沸腾现象，知道水的沸点。

Ø        知道蒸发可以致冷。

会对蒸发和沸腾进行比较，找出它们的区别。

Ø        知道汽化是吸热过程，液化是放热过程。

Ø        会用汽化和液化的规律解释自然界或生活中的一些简单的物态变化现象。

2．过程与方法　　

Ø        通过探究活动了解水沸腾时的温度特点。

Ø        经历实验探究的基本过程，了解科学探究的基本环节。

3．情感、态度与价值观　　

Ø        把生活现象和自然现象与物质的沸点联系起来，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理。

Ø        了解电冰箱的基本原理及生产“无氟冰箱”的意义，有环境保护的意识。

二、重点与难点　　

本节的重点是实验探究水沸腾的规律。

本节的难点是水沸腾的温度（沸点）与气压的关系。

三、教学实施建议　　

（一）教学过程　　

本节安排三个教学板块：

（1）实验探究（水）沸腾的规律；

（2）气体的液化；（3）汽化、液化过程中的吸放热。

1.实验探究（水）沸腾的规律　　

本教学板块按照逻辑顺序安排以下几个层次：

实验探究水沸腾的温度与时间的关系；实验探究水沸腾的温度与气压的关系；汽化的两种方式。

（1）“水开了吗？

”这是在每家庭几乎天天都会听到的一句问话。

“开水不响，响水不开”也许是学生很小就学来的判断水是否“开”了的依据。

基本学生拥有丰富的生活经验，但并未认真观察过水沸腾的全过程，并未探入思考过与水沸腾相伴随的气泡、声音、水量、温度等相关特征的变化规律的教学背景，教师宜按照教科书的提示，利用透明容器构造水沸腾过程的真实情境，激励学生：

你看到了什么？

你想到了什么？

引发并确认实验探究问题。

学生探究的问题，应达成某种共识，例如，探究水沸腾与温度的关系，但也应鼓励附带探究其他问题，诸如沸腾前后的声音变化、气泡变化、沸腾时水量的变化等。

这些附带探究的问题，对学生进一步深化认识沸腾现象和汽化现象、形成对多种现象联系与思考的意识，十分必要。

（2）迁移探究固体熔化规律的学习经验，在烧水过程中直接观察水的沸腾现象，从而探究发现沸腾的特征和规律，应成为课堂教学中的“转知成识”、“转识成智”的良好契机，同时成为教师引领学生设计实验和进行实验的指南。

教师还应提醒学生：

在实验中，要分工合作，做好观察记录（包括水的温度随中热时间变化的记录、水发出的声音、水中的气泡随加热时间变化的相关记录），更要注意安全，避免烫伤。

（3）在学生得出水沸腾的温度和加热时间的关系曲线后，应及时组织分析论证和交流讨论：

·该图像与晶体熔化图像有什么相似之处？

有什么不同之处（沸点概念得以生成）？

·沸腾前、沸腾时用酒精灯加热水的作用有什么不同？

移开酒精灯，停止加热，水还沸腾吗？

·水的沸点是100℃吗？

如果不是100℃，究竟是实验误差，还是另有原因？

·沸腾前后，水中气泡变化、声音变化有什么特征？

沸腾中减少的水跑到哪去了？

·水沸腾需要什么条件？

这个结论是否可推广到所有液体？

为了检验你的判断，你认为是否有必要换用其他液体再做实验？

（4）由水沸腾时的实验数据和水沸腾曲线学生可以认识到水有确定的沸点。

鉴于沸点与气压的关系在生产技术和日常生活上的重要应用（压力锅就是一个典型），引导学生探究水的沸点温度与气压的关系，十分必要。

·移开热源，停止对水加热，沸腾则停止。

这是学生已经亲历的事实。

要探究水沸腾的温度与气压的关系，需在改变气压（增大或减小气压）的前提下，使水重新沸腾，同时测量对应温度。

如何改变液面上方的气压，这是设计实验中的难点和关键。

以往利用封闭的烧瓶或烧杯，采用冷水淋浴或用抽气机抽气减压的方法实现“复沸”，要么安全性差，要么设备复杂，而且推理解释复杂，因而不适于学生探究。

改用封闭大试管、用注射器缓慢抽气减压的方法实现“复沸”，不仅效果明显、设备简单、便于解释，而且还可利用来进行增压（推进柱塞）“止沸”，为学生完善探究设计提供了可行的选择。

的确，要证实水沸腾的温度与气压有关，不仅需要考察气压降低时水的沸点怎样变化，而且需要考察气压升高时水的沸点怎样变化。

·学生的设计方案可以有多种，教师应引导学生讨论方案的可行性，使他们在选择中学会选择。

此外，考虑到一次性注射注射器容量有限，怎样才能使封闭试管内的气压改变更明显？

在这方面学生的知识准备不足，例如，有关气体体积与压强的关系尚不了解，教师应心中有数。

比如，大试管内装水宜少于2/3容积，双孔塞密封要好；水温接近沸点时改变气压效果明显（考察“复沸”现象时，应在停止沸腾后立即着手进行，水温大致在80～90℃；考察“止沸”现象时，应在水沸腾的同时继续加热。

）。

一次抽气不成，可否再来一次（考虑使用止水夹）？

是快抽柱塞好，还是慢抽好？

是快推柱塞好，还是慢推好？

……所有这些思考，都是指导学生探究的前提条件，显然这比演示实验对教师的要求更高了。

（5）将汽化的两种方式——蒸发和沸腾对比分析显然是必要的。

而且，蒸发在物态变化中，尤其在水的循环中的重要作用，要求我们在教学中赋予它应有的地位。

除了在表现特征上对两种汽化方式予以辨析外，还可利用分子动理论的分子运动模型给出初步解释。

影响蒸发快慢的诸种因素：

液面面积，环境温度、湿度、气压，周围空气流动快慢等，都应纳入教学视界。

或回顾小学《科学》，或组织学生讨论（餐厅卫生间装的热风干手器就是一个好例子），甚至组织相应实验探究，应视学生知识和经验基础决定。

本段教学设计应围绕蒸发和沸腾这两种汽化方式的相同点和不同点展开。

“为了使洗过的衣服干得快些，可以采用哪些措施？

”就是一个适当的导入话题。

2.气体的液化　　

与凝固是熔化的相反过程一样，液化是汽化的相反过程。

具体教学操作可以着手于以下两个方面。

（1）水蒸气液化成水的现象，学生十分熟悉。

冷玻璃窗上的水滴，眼镜片上的“雾汽”，烧水时壶嘴喷出的“白雾”，从冰箱中取出的冰镇汽水瓶外壁上的“泪珠”……要注意在教学中调动学生的经验积累，引导他们关注水蒸汽液化的细节。

例如，冷玻璃窗上的水滴和眼镜片上的雾气出现在哪一面上？

水壶嘴喷出的“白雾”紧挨壶嘴吗？

……这些细节对于学生理解液化和汽化规律大有帮助。

（2）气体液化的历史，尤其是空气液化的历史，是物理学发展的缩影，也是科学·技术·社会协调发展的典型。

极低温度的获得，真空技术的提高，热力学第三定律的发现，超导、超流和完全抗磁性的发现，超导电性的唯象和微观理论，高温超导材料的研究……都与气体的液化直接或间接有关。

教师应利用各种文本资料，展现人类探索气体液化的艰难历程和美好的前景，概述气体液化的两种途径：

降低温度和压缩体积。

§中的人工造“雨”就是通过降低温度使水蒸气液化成“雨”的。

教学中还可增加用注射器压缩乙醚蒸气的体积使之液化（反之则汽化）的学生小实验。

所有气体在温度降到足够低时都可以液化。

不存在“永久气体”。

——1908年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯（,1853－1962）领导的低温实验室使最后一种“永久气体”——氦实现了液化，同时获得了的低温。

在一定温度（临界温度）下，压缩气体的体积也可以使气体液化。

事实上，到了1854年，通过包括法拉第在内等人的工作，除了氢、氧、氮等几种气体外，当时已知的其他气体都能被液化了。

早期气体液化大多是通过压缩气体的体积实现的。

3.汽化、液化过程中的吸放热　　

伴随气体和液体过程的能量变化的表现形式是吸放热。

本板块的教学应该注重以下几个方面。

（1）沸腾过程中吸热而温度保持不变；停止加热，沸腾随即停止。

对此，学生已有实验经历。

蒸发过程吸热的例子也很普遍。

在温度计测温泡上裹上用水或酒精浸湿的棉球，温度计的读数有什么变化？

在手背上涂些酒精，感受如何？

对此，学生更有足够的经验基础。

气体液化放热的现象，学生虽有感悟，但体会欠真切。

因此有必要组织学生动手实践。

教科书第103页图5-3-8是一个很好的对比实验。

教师应认真组织好学生的分组实验和观察讨论。

左右试管初始状态相同，左管加热沸腾、水量减少（温度维持在沸点）；右管通入从左管中导入的水蒸气，温度升高，水量增加。

典型地展示了物态变化过程伴随着能量的转化这一物理现象。

倘若使两管中的水循环流动，它就是蒸气传热的模拟装置。

在此基础上，教师应结合“发展空间”栏中有关电冰箱的阅读材料，提醒学生注意循环工作物质（R134a等）物态变化过程典型地伴随着工作物质能量的变化：

在冷冻室汽化吸热（使冰箱内温度降低）；在冷凝器液化放热（使冰箱外的空气变热）。

这里的压缩机相当于教科书图5-3-8中的酒精灯，没有它，不可能完成R134a的循环流动；这里的R134a相当于图5-3-8中的水，不同的是，图5-3-8中的水未能循环流动，而R134a比水更容易汽化、比水蒸气更容易液化。

（2）自然界中的物态变化（含熔化和凝固、汽化和液化、升华和凝华）事实上都伴随着能量的变化，不仅仅限于水的三态变化。

教师应在本节之末、§和复习课中予以强化。

（二）材料准备与实验设计　　

1.实验材料准备　　

铁架台、试管、温度计、酒精灯或无烟腊、注射器等。

2.实验设计　　

（1）复沸实验　　

如图5-3-1左图所示，将装入圆底烧瓶（250ml以上）中的半瓶热水烧开。

经2～3分钟后，让饱和水汽把瓶内空气尽量赶走。

然后停止加热，立刻塞紧塞子。

然后将烧瓶倒置，安放在方座支架上。

将水盘（或盆）置于下方。

如图5-3-1右图所示，从上面向烧瓶底部浇冷水，则见瓶内热水又重新沸腾起来。

摘下烧瓶，用手触摸瓶壁，并不感到烫手。

这说明刚才沸腾时沸点很低。

图5-3-1　　

（2）打开学具，如图5-3-2左，给试管加热到水沸腾．熄火后水停止沸腾．待水温降低一些后将注射器接到试管口上（图5-3-2右），向外拉注射器活塞，则见试管内的水又沸腾起来。

图5-3-2　　

图5-3-3　　

（3）液体蒸发时温度降低　　

取两支温度计，在一支温度计的泡上包酒精棉花，可以看到酒精蒸发时温度降低，温度计的读数比另一支读数小（图5-3-3）。

图5-3-4　　

（4）观察水汽液化放热现象　　

器材：

烧杯（同样大小）2个，天平1台，试管，温度计、酒精灯，热水，冷水，烧瓶，棉花，玻璃管等。

方法：

1、按图5-3-4将仪器装好。

试管的作用是将水蒸气里的小水滴留下来。

玻璃管外包扎棉花，为的是尽量减少水蒸气热量的损失，以防在管内发生凝结。

两个烧杯中放入同温度等质量的冷水，水温在l5C左右。

2、测定并记下冷水的初温度。

3、给烧瓶水加热直至沸腾，当有大量蒸气从管口喷出时，将第一个烧杯移到如图4*1*所示的位置，使管口伸入水内，让蒸气凝结并与水温合。

随时测量水温，大约升到80时，将杯取走，称量并算出蒸气液化成水的质量。

4、小心地将一部分正沸腾的水连续倒入第二个烧杯里，使之与冷水混合，随时搅拌，当温度为80记时，停止倒入。

称量并算出倒入沸水的质量。

5、从上面两次虽出的质且相比较（第一次少，第二次多）可看出，水蒸气液化时有放热现象。

四、发展空间　　

（一）“自我评价”参考答案　　

1.采用“分馏法”，利用水和酒精的沸点不同，使混合液（即甘蔗酒）沸腾，可以从甘蔗酒中分离出酒精。

事实上，由于水的蒸发，这样分离出的酒精纯度较低，倘若利用生石灰的极强的吸水性质，将混合液跟生石灰（CaO）混合加热蒸馏，即可达到提纯酒精的目的。

2.减慢盆栽花卉的水分蒸发，自然可以从减小花卉叶表面积（通过修剪）和花盆液表面积、降低周围空气温度、增加周围空气湿度、减少周围空气流通诸种因素考虑。

但这同样是一个实际问题，切忌在设计浇水方案时“想当然”应用所学一般物理原理。

例如，花卉生长需要一定的温度、湿度、阳光、水分、空气、肥料条件，不能顾此失彼，要统筹兼顾。

学生的设计方案不宜统一要求，重要的是设计思路和原理的运用。

（二）“家庭实验室”指导　　

依据教科书第104页所提供的资料，可安排两项家庭实验或课外实践活动：

（1）探究电冰箱里的物态变化。

要求学生提出自己想研究的问题，设计方案，并进行探究，写出实验探究报告。

（2）制作简易“冰箱”。

要求学生调查访问家长或社会人士，了解“土”法致冷保鲜的多种方法，并制作一台袖珍式简易“冰箱”，展示给大家。

（三）“物理在线”和“走向社会”指导　　

天气图：

利用气象卫星捕获的信息，借助计算机和网络技术，可以生成满足各种用户要求的天气图。

天气图是天气预报的重要依据，可限定在天气现象中涉及水的三态及三态变化的简单天气图知识，进行查询。

五、教学资源　　

（一）课件　　

1.空气的液化和低温的获得（见“教师备课系统”光盘）　　

（二）教学视频　　

1.电冰箱原理（见“教师备课系统”光盘）　　

（三）参考资料　　

1.水的沸点与压强、海拔高度的关系　　

（1）水的沸点与压强的关系参考数据　　

D/mmHg　　

380　　

710　　

720　　

730　　

740　　

750　　

760　　

770　　

780　　

760×2　　

760×3　　

760×4　　

760×5　　

760×10　　

t/℃　　

81　　

100　　

120　　

133　　

143　　

152　　

179　　

（2）水的沸点随距海平面高度变化的参考数据　　

h/m　　

－600　　

－300　　

0　　

3000　　

6000　　

8848　　

几万米高空　　

t/℃　　

102　　

101　　

100　　

91　　

80　　

72　　

11～18　　

2.热岛效应　　

晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。

近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2摄氏度,甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。

热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。

气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。

一般认为热岛成因有三：

一是城市与郊区地表面性质不同，热力性质差异较大。

城区反射率小，吸收热量多，蒸发耗热少，热量传导较快，而辐射散失热量较慢，郊区恰相反；二是城区排放的人为热量比郊区大；三是城区大气污染拖物浓度大，气溶胶微粒多，在一定程度上起了保温作用。

大气污染在城市热岛效应中起着相当复杂特殊的作用。

来自工业生产、交通运输以及日常生活中的大气污染物在城区浓度特别大，它像一张厚厚的毯子覆盖在城市上宛，白天它大大地削弱了太阳直接辐射，城区升温减缓，有时可在城市产生“冷岛”效应。

夜间它将大大减少城区地表有效长波辐射所造成的热量损耗，起到保温作用，使城市比郊区“冷却”得慢，形成夜间热岛现象。

从城市气象规划设计出发应考虑：

（1）要保护并增大城区的绿地、水体面积。

因为城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用。

（2）城市热岛强度随着城市发展而加强，因此在控制城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。

因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区，常形成气温的高值区。

（3）如北京市位于平原中部，三面环山。

由于山谷风的影响，盛行南、北转换的风向。

夜间多偏北风，白天多偏南风。

因此，在扩建新市区或改建旧城区时，应适当拓宽南北走向的街道，以加强城市通风，减小城市热岛强度。

（4）减少人为热的释放，尽量将民用煤改为液化气、天然气并扩大供热面积也是根本对策。

3.温室效应　　

假若没有大气层，地球表面的平均温度不会是现在适宜的15℃，而是十分低的-18℃。

这温度上的差别是由所谓的“温室气体”引起的，这些气体吸收红外线辐射而影响着地球整体的能量平衡。

大气层吸收了来自地球表面所释放的长波辐射，再反射回地面，使得地面和大气层在吸收太阳辐射与释放红外线辐射至太空之间形成整体的动态能量平衡。

正是借着这种“天然的温室效应”，地表温度得以维持。

但由于近年来人类活动释放出大量的温室气体，正以前所未有的速度，改变着大气层的组成结构。

其中特别是化石燃料燃烧后所产生的CO2气体，让更多红外线辐射被折返到地面上，加强了“温室效应”的作用。

这种“人为的温室效应”导致了地球平均温度的持续上升。

虽然至目前为止，地球平均气温仅增加少许（过去100年只增加℃至℃），海平面则持续上升（过去100年共计上升10至15cm），但工业革命后CO2浓度增加了28％，科学家预测若不采取任何防治措施则至2100年时，地表温度将较目前增加l℃至℃，海平面将上升15至95cm。

这种温室效应对于整个生态环境（包括地球、海洋与人类的经济、社会等）及全球气候，将有深远而难以预测的影响。

温室气体占大气层质量的不足1%，主要的温室气体有二氧化碳（CO2），甲烷（CH4），一氧化二氮（N2O），氯氟碳化合物（CFCs）及臭氧（O3）。

大气层中的水气（H2O）虽然是“天然温室效应”的主要原因，但普遍认为它的成份并不直接受人类活动所影响。

4.天气图的起源与作用　　

气象预报是如何预报天气的呢？

这还要从世界上第一张天气图（weatherchart）的问世谈起。

1820年，德国人布兰德斯利用《巴拉丁气象学会杂志》上登载的气象观测资料，将1783年各地同一时刻的气压和风的记录填在地图上，在莱比锡绘成了世界上第一张天气图。

图上有39个观测记录，这样，人们足不出户，就可以了解异地的天气状况了。

天气图的诞生拉开了天气图的发展序幕。

但是，对天气图预报起推动作用和快速发展的是1853～1856年英、法向俄国发动的克里米亚战争。

1854年11月14日，英法联军包围了塞瓦斯托波尔，当陆战队即将在巴拉克拉瓦港湾地区登陆时，风暴从天而降，黑海顿时狂风巨浪，法国军舰亨利四号葬身于佛斯陀，英法联军几乎全军覆灭。

这一灾难使得拿破仑三世痛定思痛，他责令巴黎天文台台长勒弗里埃研究这次风暴。

于是勒弗里埃向世界各国天文台和气象工作者发出求援信，搜集1814年11月12日至16日这5天的气象资料。

这一行动得到科学家们的支持，勒弗里埃收到了250封信函。

借助这些数据资料，他绘制了5张逐日天气图。

经研究他发现：

这次风暴是从西北向东南移动的，11月12日至13日这一风暴还在西班牙和法国西部，14日时东移到黑海地区。

如果当时能及时做出天气预报，灾难是可以避免的。

1855年3月，他向法国科学院建议，组织观测网，迅速地将观测资料集中一地，分析绘制天气图。

1856年，法国组建了第一个正规的天气服务系统。

欧洲的其它一些国家以及美国、日本也都相继组织观测网，开始拍发当日的气象观测结果，绘制天气图，开展天气预报服务。

天气图预报方法已有100多年历史，自从有电报后，各地同时间观测的气象资料能及时集中到各国的气象中心，分析出天气图。

天气图主要分地面天气图及高空天气图，图上密密麻麻地填满了各式各样的天气符号。

每种符号代表一种天气要素的测量值或一种天气现象，所有这些符号都按统一规定的格式填写在各自的地理位置上，这样就可以把广大地区在同一时间观测到的气象要素，如风、温度、湿度、气压、云以及阴、晴、雨、雪等统统填在一张天气图上，从而构成一张张代表不同时刻的天气图。

有了这些天气图，预报人员就可以进一步分析加工，并将分析结果用不同颜色的线条和符号表示出来。

从天气图上看到一个个高、低压系统在移动着，这类天气系统在移动过程中给各地带来了天气变化。

我们从天气图上分析出天气系统，预报它们在未来的移动和强度变化（包括生成和消亡），就能推论各地区未来天气的变化，这就是天气图预报方法的主要依据。

我们分析各种天气图或其他辅助图表，目的就在于及时分析出引起各地天气变化的天气系统。

天气图分析正确与否，是天气图预报方法的前提。

天气图预报方法首先要做出天气形势预报，即预报出天气图上已有的天气系统，它们未来的移动和强度变化，同时还要判断有无新生的天气系统产生。

在天气形势预报中，最简单的方法是外推法，即假定未来天气系统的移动和变化与起始时刻的情况相同，这种方法也称作持续性法。

其次是气象员在长期天气预报的实践中，总结出有关天气系统移动或强度变化的经验预报规则，这些经验规则在天气形势预报中也有很大作用。

此外，从动力气象学的一些理论中，也可以推论出一些有关天气形势预报的规则。

气象员根据这些就可以作出未来的天气形势预报。

如今，电子计算机的发展以及各种预测模型与预测算法的出现大大拓展了人类的预测能力，也使得天气预报越来越精确。