探究熔化和凝固的特點(diǎn)

1、探究熔化和凝固的特點(diǎn)江西育華學(xué)校 李建明一、使用教材滬粵版初中八年級(jí)物理上第四章第三節(jié) 。二、實(shí)驗(yàn)器材硬件設(shè)備：自制制冰機(jī)、溫度傳感器、電腦。軟件：溫度傳感器軟件：ScienceCube StudioII 、數(shù)據(jù)共享平臺(tái)：飛鴿傳書(shū)。三、 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)1.能讓學(xué)生直接觀察到水的凝固過(guò)程（1）常規(guī)實(shí)驗(yàn)中，教師都是提前在冰箱內(nèi)制取大量冰塊，帶到教室做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生無(wú)法直接觀察到水的凝固過(guò)程，往往只能做冰的熔化實(shí)驗(yàn)，最后教師告知學(xué)生凝固是熔化的逆過(guò)程，讓學(xué)生自行想象凝固過(guò)程。（2）本實(shí)驗(yàn)中制冰機(jī)溫度最低可達(dá)-13.9，能夠短時(shí)間內(nèi)在教室環(huán)境中成功制取冰塊，讓學(xué)生直接觀察到水的凝固過(guò)程。2.解決了教材實(shí)驗(yàn)的

2、最大困難海波熔點(diǎn)不穩(wěn)定且易出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象（1）教材實(shí)驗(yàn)利用水浴法加熱海波進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若內(nèi)外溫差過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致熔化過(guò)程中，海波的溫度一直升高，得不到穩(wěn)定的熔點(diǎn)。而凝固時(shí)，由于缺乏凝結(jié)核，溫度低于熔點(diǎn)時(shí)，海波仍未凝固，出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象。使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和教材結(jié)論不相符，動(dòng)搖了學(xué)生科學(xué)信念。（2）本實(shí)驗(yàn)中水的性質(zhì)溫度，熔點(diǎn)、凝固點(diǎn)溫度且相等，不易出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象。3.實(shí)驗(yàn)可視度好、操作簡(jiǎn)單、規(guī)律明顯（1）教材實(shí)驗(yàn)中學(xué)生要隔水觀察試管中海波物態(tài)變化，視覺(jué)障礙大；要嚴(yán)格控制溫差和及時(shí)加入凝結(jié)核才能確保實(shí)驗(yàn)成功，操作難度大。（2）本實(shí)驗(yàn)用溫度傳感器直接在電腦上溫度圖像，反應(yīng)靈敏、讀數(shù)準(zhǔn)確；透過(guò)制冰機(jī)上的透明容器，學(xué)生可直接觀

3、察容器內(nèi)物態(tài)變化，可視度好。且本實(shí)驗(yàn)可反復(fù)進(jìn)行水的凝固和熔化實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生得到普遍規(guī)律。4.建立數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，暢通交流和合作組建局域網(wǎng)，利用“飛鴿傳書(shū)”軟件搭建共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有實(shí)驗(yàn)小組的數(shù)據(jù)的共享。數(shù)據(jù)上傳后，小組電腦上可查看所有實(shí)驗(yàn)小組的數(shù)據(jù)。用數(shù)字化信息手段，建立了高效的交流與合作平臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)原理1.自制制冰機(jī)原理（1）核心部件是一塊制冷片，通電后，正面冷、背面熱，只需把正面貼在散熱底座上，就形成了一個(gè)穩(wěn)定的低溫源。（2）用厚度為2cm的透明亞克力板做容器，隔熱效果好；利用折射作用，能起到放大作用，便于觀察。2.溫度傳感器的改進(jìn)傳感器探頭體積小，感受范圍窄，導(dǎo)致溫度不均勻、不穩(wěn)定。用導(dǎo)熱

4、性好的銅絲，纏繞在探頭上，并且把探頭彎成環(huán)狀，能有效的提高讀數(shù)的穩(wěn)定性、均勻性。3.數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的搭建把所有電腦連接到同一臺(tái)路由器（不需聯(lián)網(wǎng)），每臺(tái)電腦都安裝“飛鴿傳書(shū)”軟件，并且設(shè)置IP地址在同一范圍。打開(kāi)軟件，建立討論組，把所有電腦加入同一平臺(tái)，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能知道晶體熔化和凝固過(guò)程中的溫度特點(diǎn)，了解熔化凝固特點(diǎn)的應(yīng)用。2.過(guò)程與方法使用制冰機(jī)和溫度傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察水的凝固過(guò)程和冰的熔化過(guò)程，通過(guò)小組合作得出實(shí)驗(yàn)規(guī)律。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀感受實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。通過(guò)震撼的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)樂(lè)趣，滲透終身從事物理研究的信念。六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容學(xué)

5、生利用自制制冰機(jī)、溫度傳感器、電腦自主合作探究水的凝固和冰的熔化特點(diǎn)，得到數(shù)據(jù)后利用共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所有小組數(shù)據(jù)的共享，從而交流合作得出結(jié)論。并利用該結(jié)論理解攝氏溫標(biāo)中用冰水混合物來(lái)定標(biāo)“0”的原因，達(dá)到學(xué)以致用。引入“撒鹽除雪”的案例，延伸課堂、拓展課外，引導(dǎo)學(xué)生課后用本套實(shí)驗(yàn)器材探究影響熔點(diǎn)凝固點(diǎn)的因素。七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程1.引入創(chuàng)新器材，激發(fā)探究興趣如圖1，本實(shí)驗(yàn)器材新穎，科技感強(qiáng)，是學(xué)生在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)未曾接觸過(guò)的。學(xué)生拿到器材后，興趣十足，同時(shí)也有些茫然，不知如何操作，所以要進(jìn)行必要的講解。師：通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們掌握了熔化、凝固的定義。那熔化、凝固有怎樣的特點(diǎn)呢？下面一起通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究。請(qǐng)看屏

6、幕上是本次實(shí)驗(yàn)的器材：電源、制冰機(jī)、溫度傳感器、電腦。先認(rèn)識(shí)一下最主要的儀器的制冰機(jī)（如圖2），主要由制冷機(jī)、透明容器兩部分組成。通電后制冷，最低可達(dá)-13.9（如圖3）。想一想，用這個(gè)儀器可以讓水發(fā)生怎樣的物態(tài)變化？生：凝固師：很好，那要讓冰熔化怎么辦呢？ 生：斷電師：為什么？生：因?yàn)槭覝乇容^高，斷電后，冰自然就熔化了。師：很好，請(qǐng)坐。這樣的話，我們只要測(cè)出容器內(nèi)的溫度變化，就能得到熔化和凝固的特點(diǎn)了。把溫度傳感器連接電腦，軟件界面上就能顯示出溫度的變化圖像。最后大家把結(jié)果上傳到共享平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)之前，老師要給大家提幾個(gè)要求：1.通電后，仔細(xì)觀察容器內(nèi)水的物態(tài)變化和相應(yīng)的溫度圖像。2.水凝固后

7、，斷電，重復(fù)上面的觀察過(guò)程。3.最后，把數(shù)據(jù)上傳到共享平臺(tái)。好，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。2.分組合作實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)新奇現(xiàn)象在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師巡視指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注重要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（1）引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注冰花的形成。接通電源后，制冰機(jī)開(kāi)始工作，電腦上溫度圖像開(kāi)始下降，但降到臨界點(diǎn)附近時(shí)，讓學(xué)生仔細(xì)觀察容器內(nèi)水的物態(tài)變化。確保每個(gè)學(xué)生都能觀察到冰花形成的瞬間，給其震撼的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。師（指著學(xué)生電腦）：現(xiàn)在在降溫（如圖4），仔細(xì)觀察容器，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)神奇的現(xiàn)象。生：哇師：看到了什么？生：瞬間結(jié)了一層冰（如圖5、6，更震撼的畫(huà)面請(qǐng)看課堂視頻）。師：繼續(xù)觀察，還有更神奇的事。（2）觀察水凝固時(shí)的溫度特點(diǎn)。當(dāng)屏幕上出現(xiàn)溫度曲線為

8、一段不變的橫線時(shí)（如圖7），引導(dǎo)學(xué)生觀察容器內(nèi)的物態(tài)變化，引入冰水混合物（固液共存態(tài)）的概念（如圖8），得到水的凝固特點(diǎn)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)溫度示數(shù)不變，舉手提問(wèn)：老師，我們的溫度示數(shù)不變了，是不是壞了？師：看看現(xiàn)在容器物態(tài)是怎樣的？生：有冰、還有水。師：這種叫冰水混合物，物理上叫固液共存態(tài)。你再等等，這個(gè)狀態(tài)結(jié)束了，再看溫度變不變？（3）觀察冰熔化時(shí)的溫度特點(diǎn)。當(dāng)水全部凝固后，提醒學(xué)生斷電，觀察電腦上的溫度圖像變化。使其意識(shí)到冰熔化時(shí)，也有溫度保持不變的一段。生：老師，我們這里全部結(jié)冰了，溫度已經(jīng)降到了-3了（如圖9、10）。師：好，現(xiàn)在斷電，看看溫度怎么變？生：溫度上升，但又出現(xiàn)了溫度不變的一段（如

9、圖11）。師：現(xiàn)在容器里面物態(tài)怎樣？生：冰在熔化，是冰水混合物。師：總結(jié)一下，這里面有什么規(guī)律？3.共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，交流討論結(jié)論（1）上傳數(shù)據(jù)，小組代表解讀本組數(shù)據(jù)。各個(gè)小組完成實(shí)驗(yàn)后，教師調(diào)出共享平臺(tái)，讓學(xué)生把數(shù)據(jù)上傳到屏幕上的共享平臺(tái)（如圖12、13），并讓各個(gè)小組的代表來(lái)解讀本組的數(shù)據(jù)（如圖14）。師：非常好。這些數(shù)據(jù)都是你們親手得到的，你們最有發(fā)言權(quán)。請(qǐng)小明來(lái)前面解讀一下你們的數(shù)據(jù)。生：制冷機(jī)工作后，水放熱，溫度降低。在200s時(shí)，容器內(nèi)出現(xiàn)冰，水開(kāi)始凝固，處于冰水混合物，溫度不變。持續(xù)了200s后，水全部凝固成冰，溫度再次降低。在500s的時(shí)候，斷電，由于室溫較高，冰吸熱升溫。在550

10、s時(shí)，冰開(kāi)始熔化，處于冰水混合物，溫度不變。持續(xù)了100s后，冰全部熔化，溫度繼續(xù)上升。師：觀察的很仔細(xì)，描述的很到位。請(qǐng)坐。小紅，來(lái)分析一下你們的數(shù)據(jù)。生：我們的數(shù)據(jù)特征和小明的基本一樣，也是這一段是水，這一段是水開(kāi)始凝固，是冰水混合物，溫度不變。在這個(gè)點(diǎn)斷電，這一段是冰開(kāi)始熔化，是冰水混合物，溫度不變。冰全部熔化完后，溫度繼續(xù)上升。師：說(shuō)的很好，看來(lái)水的凝固和熔化過(guò)程中有一定的規(guī)律。小麗，你來(lái)談?wù)勀銈兊臄?shù)據(jù)。生：我們的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和前面兩組的差不多。師：好，請(qǐng)坐。小亮，你們組呢？生：我們的數(shù)據(jù)也和他們一樣，但我們發(fā)現(xiàn)圖像中這兩段溫度不變的橫線，溫度大小是相等的。師（用尺子比畫(huà)）：誒，好像是真的

11、。非常的細(xì)心，請(qǐng)坐。（2）學(xué)生熱烈討論，思維碰撞得出結(jié)論。前面的探究過(guò)程，已經(jīng)非常接近真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，以此鼓勵(lì)學(xué)生，增強(qiáng)其信心，激發(fā)討論熱情。使每個(gè)學(xué)生都卷入到討論過(guò)程中來(lái)，促進(jìn)其對(duì)熔化凝固特點(diǎn)的理解。師：同學(xué)們的數(shù)據(jù)和解說(shuō)都非常的專業(yè)，我仿佛看到了未來(lái)的科學(xué)家。我提議，給未來(lái)的科學(xué)家一次熱烈的掌聲。學(xué)生鼓掌，并激起了強(qiáng)烈的自豪感。師：結(jié)合他們的解讀，大家也可以自己在共享平臺(tái)上查看所有小組的數(shù)據(jù)。大家討論討論，熔化和凝固到底有怎樣的特點(diǎn)？學(xué)生熱烈討論（如圖15），教師巡視指導(dǎo)學(xué)生在共享平臺(tái)上查看所有小組的數(shù)據(jù)，得出普遍規(guī)律。師：好，有了答案的同學(xué)，請(qǐng)舉手。生1：水凝固時(shí)，處于冰水混合物，溫度保

12、持不變。師：嗯，對(duì)，請(qǐng)坐。物理學(xué)上，把這個(gè)不變的溫度叫做凝固點(diǎn)。還有嗎？生2：冰熔化時(shí)，也處于冰水混合物，溫度也保持不變。師：看來(lái)冰也有這個(gè)特點(diǎn)，說(shuō)的好，請(qǐng)坐。物理學(xué)上，把這個(gè)不變的溫度叫做熔點(diǎn)。還有嗎？生3：我發(fā)現(xiàn)水的凝固點(diǎn)和冰的熔點(diǎn)相等。師：非常好，請(qǐng)坐。你們和科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)是一致的。生活中還有很多固體熔化凝固的特點(diǎn)和冰一樣，把它們叫做晶體。經(jīng)過(guò)科學(xué)家大量的實(shí)驗(yàn)證明：晶體熔化和凝固時(shí)，溫度保持不變；且同種晶體的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)相等。4.解決實(shí)際問(wèn)題，延伸拓展課外在學(xué)習(xí)溫度計(jì)時(shí)，就有不少學(xué)生對(duì)0的定標(biāo)（如圖16）過(guò)程有很大的疑問(wèn)，現(xiàn)在有了新的知識(shí)，恰好能夠倒回去解決問(wèn)題。同時(shí)在生活中也有不少通過(guò)摻雜來(lái)改變?nèi)埸c(diǎn)凝固點(diǎn)的事例，通過(guò)撒鹽除雪，引導(dǎo)學(xué)生到課外去進(jìn)行物理探究（如圖17）。師：根據(jù)這個(gè)結(jié)論，我們?cè)俚够貋?lái)理解前面溫度計(jì)的定標(biāo)過(guò)程。攝耳修斯規(guī)定：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純凈冰水混合物為0。想一想，為什么要用冰水混合物來(lái)定標(biāo)？生思考后，陸續(xù)舉手。師：來(lái)，小王。生：因?yàn)楸旌衔锏臏囟饶軌虮３植蛔兊摹煟簩?duì)，請(qǐng)坐。這樣溫度的測(cè)量就有了一個(gè)固定的參照點(diǎn)。師：物理不僅僅在課堂中，生活中也有大量的物理現(xiàn)象。比如冬天，大雪封路，人們會(huì)撒鹽除雪。想一想，撒鹽后，雪的什么變了？生：熔點(diǎn)師：變高了，還是變低了？生1：變高