2439人教版初中物理升华和凝华 教学设计.docx
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2439人教版初中物理升华和凝华教学设计
《升华和凝华》教学设计
一、教学背景
(一)教学内容分析
升华和凝华是“物态及其变化”一章最后学习的两种物态变化,安排在熔化和凝固、汽化和液化之后学习。
升华和凝华这部分内容的知识结构与熔化和凝固、汽化和液化的知识结构类似,但升华和凝华的过程难以观察,物质从固态不经过液态直接转化为气态,或者从气态不经过液态直接转化为固态,并不是一个显而易见的事实,需要寻找证据的支持。
(二)学生情况分析
学生已经学习了熔化和凝固、汽化和液化,知道物质的三种形态、固态与液态间的转化、液态与气态间的转化,并能解释生活中相关现象。
然而,由于缺乏切身感受和直接经验,受思维定式的影响,物质可以不经过液态而在固态和气态之间直接转化这一事实跟学生已有的生活经验产生冲突,不容易理解这两种物理现象。
为此,教学中教师应设计好相关实验,充分利用生活中的相关现象,在实验事实基础上,引导学生克服片面或错误的认识,帮助学生把握升华和凝华现象的本质特征,促进学生对物态变化及其条件的理解。
二、教学目标
1.知识与技能:
(1)知道物质的升华和凝华;知道升华要吸热,凝华要放热。
(2)知道生活中典型的升华和凝华现象,能用升华和凝华解释生产、生活中的一些现象。
2.过程与方法:
经历碘的升华和凝华实验的过程,体会根据实验事实结合已有知识分析物理过程的思维方法。
3.情感态度与价值观:
在师生合作建立升华和凝华概念以及总结升华和凝华条件的过程中,感受自然界的奇妙领会严谨求实的科学态度。
三、教学过程
教学环节1:
创设情境,复习引入
教师活动:
演示实验:
将冰块加入冷水烧杯中,熔化降温;将水壶中的热水倒入另一烧杯,烧杯上方形成了“白气”,如图1所示。
图1 将一壶开水倒进左边的烧杯中
学生活动:
观察现象、知识情景再现,回忆思考所学过的几种物态变化:
由固变液:
熔化吸热;由液变固:
凝固放热;由液变气:
汽化吸热;由气变液:
液化放热。
教师活动:
提出问题:
借助于液态的过渡,水可以从固态变化为气态,也可以从气态变化为固态。
那么,水这种物质能否从固态直接变化为气态,或者从气态直接变化为固态?
推而广之,自然界中的某些固态物质是否可以直接变化为气体,某些气态物质是否可以直接变化为固态呢?
“由于水蒸气在视觉上是看不到的,所以今天我们改用另外一种物质──碘,来探讨这个问题。
”
(设计意图:
教师通过演示实验再现了熔化、汽化、液化现象,帮助学生回忆已学过的物态变化,为提出本节课的问题做了铺垫,有助于学生将本课的新知识与已学过的知识建立联系。
此外,演示实验所用的冷、热水也为后续实验做好了准备,一举多得。
)
教学环节2:
碘的物态变化演示实验
教师活动:
演示实验1:
水浴法加热碘
向学生展示两个干净的锥形瓶,如图2所示。
取其中的一个,加入适量的碘粒并盖紧橡胶塞,如图3所示。
将加有碘颗粒的锥形瓶放入热水中,如图4、图5所示。
图2 两个洁净、相同的锥形瓶 图3 向一个瓶中加入少量固态碘粉
观察指导:
请同学重点观察锥形瓶中碘颗粒的变化情况,包括碘的数量、颜色、位置的变化。
图4 刚放入热水中的锥形瓶 图5 加热一段时间后的锥形瓶
实验现象:
随着加热时间的增加,瓶中出现了越来越浓的紫色气体。
演示实验2:
水浴法冷却碘
接着上边的实验,把弥漫着紫色气体的锥形瓶放入冷水杯中,如图6、图7所示,指导学生观察锥形瓶中的物质状态的变化情况。
图6 刚放入冷水中的锥形瓶 图7 冷却一段时间后锥形瓶色
实验现象:
随着冷却时间增加,锥形瓶中紫色气体的颜色越来越淡,直至消失。
图8 实验瓶与备用瓶的对比 图9 从实验瓶上拔下的瓶塞外观
演示实验3:
将水浴后的锥形瓶与备用瓶进行外观对比。
实验现象:
水浴过的瓶壁上凝结了许多淡紫色的小颗粒,导致瓶壁呈现出淡紫色,而备用瓶仍然非常干净透明,如图8所示。
拔下实验瓶的瓶塞,发现瓶塞底部附着很多的紫色固态结晶。
学生活动:
学生跟随老师的引导观察实验装置,观察实验现象,认真对比,在感性认识的基础上思考回答老师的问题。
(设计意图:
碘蒸气的颜色是紫色,选择碘做升华、凝华实验,方便学生观察,具有较强的视觉效果。
碘蒸气有毒,为了安全以及便于观察,将碘放入锥形瓶后要用橡皮塞盖紧。
采用两个同规格的锥形瓶是为了对实验结果进行对比,渗透了科学方法教育,同时为后边的灯管发黑的解释活动埋下伏笔。
)
教学环节3:
碘的物态变化学生实验
教师活动:
提出问题:
在气体产生和消失过程瓶内壁上是否有液体出现?
学生活动1:
回忆刚才的实验现象,思考老师提出的问题,尝试回答。
学生活动2:
学生分组实验探究,学生在教师的指导下用试管替代锥形瓶重复进行上述实验,观察实验中是否有液态碘存在,如图10、图11所示。
实验指导:
碘放入试管后,先用橡皮塞盖紧试管,再放入热水中加热。
巡视指导,及时纠正没盖橡皮塞就加热的情况。
图10 将装有碘粉的试管放入热水 图11 将弥漫着碘蒸气的试管放入冷水中
实验现象:
各组都没有发现液态碘的出现;试管壁上都出现了紫色晶体小颗粒。
学生活动3:
讨论形成共识:
固态碘在水浴加热的条件下最终能变化成了气态碘;气态碘蒸气在外界冷却降温的条件下最终变化成固态碘晶体。
教师活动2:
组织学生总结实验结论
(1)碘是一种晶体
(2)实验中观察的事实表明:
固态碘气态碘
气态碘固态碘
(设计意图:
在上面的演示实验中,学生绝大多数观察的是锥形瓶中颜色的变化,对于是否有液态物质的出现,多数学生没注意观察或没观察到。
此时提出“在气体产生和消失过程瓶内壁上是否有液体出现”这一问题,可以引发思考,激发学生探究的热情。
通过小组合作进行实验活动,改善了演示实验不易观察到细微变化的情况,更重要的是为学生亲身体验碘的物态变化创造了条件,为后边的难点突破奠定基础。
)
教学环节4:
分析论证,做出判断
教师活动1:
追问:
“刚才的实验,同学们都没有观察到液态碘的出现,同学们认为固态碘可以直接变成气态碘蒸气,那有没有可能是液态碘出现的时间太短,我们没有观察到呢?
”
学生活动1:
自主进行讨论,寻找解决或解释问题的方案或答案。
教师活动2:
给出支持资料,进而引导学生进行交流。
碘的熔点是113.5℃;碘的沸点是184.4℃。
水的沸点是100℃;水的凝固点是0℃
学生活动2:
结合老师给出的支持材料,学生思考、讨论老师追问的问题。
最后通过师生互动分析得出结论:
水浴法对锥形瓶加热和冷却,瓶内温度不会超过100℃。
所以刚才的实验现象只能是固态碘和气态碘之间的直接变化。
(设计意图:
本环节中分析论证的关键点是追问和提供关键资料。
追问是促进学生深入理解、提高思维水平的基本教学策略。
这个环节中的追问,直击理解升华和凝华的关键,引发学生思考液态碘存在的条件和各种可能情况,同时激发学生的求知欲。
而提供关键资料既节约了教学时间,又能让学生体会科学研究的过程——在实验基础上充分利用文献资料和已有的知识。
提供碘的熔点和沸点、水的沸点和凝固点,既与学生已学知识相联系,又抓住了新问题的关键点,架起了已有知识和新问题的桥梁。
因为要想搞清固态碘变成气态碘是否有液态过渡,一个很重要的参数就是碘的熔点这一关键的信息;而气态碘是否直接变成固态碘,很重要的就是碘的沸点(或液化点)。
学生通过讨论就可以进一步理解采用水浴法进行实验的原因。
)
教学环节5:
归纳升华和凝华的本质特征
教师活动:
(教师板书课题和第一个标题“一、升华和凝华”)
升华:
物质由固态直接变为气态。
物质在升华过程中吸热。
凝华:
物质由气态直接变为固态。
物质在凝华过程中放热。
学生活动:
归纳总结升华和凝华的概念,明确升华吸热,而凝华放热。
(设计意图:
此时才板书课题符合探究的教学思路,到了应该出结论的时候才给出,符合归纳、探究的研究程序。
通过总结归纳,能够形成初步的概念,进而才有可能更好地理解概念。
)
教学环节6:
升华和凝华的应用
教师活动1:
(板书)二、日常生活中的升华与凝华现象
升华和凝华现象在日常生活中有很多,下面让我们来看两个例子。
演示实验1:
半导体制冷进行制霜。
图12 半导体制冷装置全貌 图13 半导体制冷装置正视图
首先进行半导体制冷实验的准备工作:
教师出示电子制冷系统的成霜室,如图12、图13所示。
提醒学生观察并记住黑色制冷片的外观、颜色。
然后通电,电子制霜装置开始工作。
为了节省时间,教师随之进入另一教学环节。
演示实验2:
探究用久了的节能灯管的根部为什么会发黑。
出示两支同一厂家、同一型号的节能灯管,一新一旧,如图14所示。
组织学生先观察外观的异同,然后采用“并联”连接方式接入家庭电路,通电后让学生看灯管颜色的区别。
图14 一新一旧两只灯管进行对比
教师提出问题:
“节能灯是我们现在用的比较广泛的照明工具,但节能灯管用久了之后,其灯管根部会发黑,这是为什么呢?
”
图15实验瓶与洁净的备用瓶的对比 图16 新旧节能灯管的对比
教师演示3:
教师出示前面用过的两只锥形瓶,如图15所示,然后出示新、旧节能灯管,如图16所示,引导学生思考灯管变黑的原因。
学生活动1:
小组之间进行讨论,提出各种可能的解释。
教师演示4:
究因解密
教师把一只去掉玻璃管的节能灯芯出示给学生,如图17所示学生可以传看,增强感性认识,重点观察灯芯中的灯丝。
展示PPT,如图18所示。
图17 节能灯管中的灯丝 图18 灯丝在灯管中的位置标示
学生活动2:
解释图15所示现象
碘升华和凝华实验中的锥形瓶表面附有一层碘晶体颗粒,这是受热升华的碘蒸气在受冷时发生凝华形成的,它的存在使得整个瓶壁显淡紫色。
学生活动3:
解释节能灯管的根部发黑的原因
节能灯管的根部发黑是因为灯管内部的钨丝在通电工作时发生升华,在灯丝周围产生钨蒸气,随后钨蒸气在灯管壁上遇冷凝华成固态的小颗粒,时间久了就显出明显的黑色。
教师演示5:
视线转移至第一个电子制霜装置的制冷片上,让同学们再次观察制冷片的颜色,发现黑色制冷片表面附着一层白色的固态结晶。
(这就是霜)
教师提出问题:
这些白色霜晶是如何形成的?
图19 接通电源前的半导体制冷片表面
图20 接通电源后2分钟的半导体制冷片表面
实验揭秘:
找一个学生摸一会儿黑色片制冷片的表面,说出自己的感觉。
教师解释:
核心元件是半导体制冷片,通电后制冷面的温度迅速下降至0℃以下,水蒸气在其表面凝华,大量的固态冰晶聚集,形成霜。
秋冬季节,空气中水蒸气相对充足的环境中早晨在草叶、枝干上所形成的霜其实就是水蒸气遇冷发生凝华现象而形成的。
图21 深秋季节早晨草叶上的白霜 图22 深秋季节早晨树叶上的白霜
教师活动2:
向学生介绍──半导体制冷片常常被用于家用饮水机制冷工作端。
学生活动2:
学生聆听,结合实验的现象进行体悟,听老师的介绍,学生参与制霜实验,说出手碰制冷片时的感觉:
越来越凉(冷)。
学生在老师的引导下进行小组讨论,理解霜的形成是水蒸气的凝华现象。
教师活动3:
介绍生活中的其他升华和凝华现象。
教师出示图片,提出问题:
下列各图反映的是哪些物态变化的情况。
学生活动3:
把握核心:
抓住初末状态,结合环境温度变化情况进行判断。
1.衣服柜中的樟脑丸没发生熔化却变小了。
2.寒冷的冬天,衣服被冻干了。
3.冬天的雪人没有熔化却变小了。
图23 樟脑丸变小
图24 冻衣服变干
图25 冷雪人变小
教师活动:
提出问题:
日常生活中有哪些应用升华吸热和凝华放热的例子?
(板书)三、升华和凝华的应用
学生活动:
列举应用升华吸热和凝华放热的
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