第五節(jié)-升華和凝華-教學設(shè)計

第10頁共10頁第五節(jié)升華和凝華教學設(shè)計

●教學目標一、知識目標1．知道升華和凝華的概念2．知道升華要吸熱，凝華要放熱3．知道生活中的升華和凝華現(xiàn)象二、能力目標1．通過觀察了解升華和凝華現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的觀察能力2．通過識別生活中常見的物態(tài)變化現(xiàn)象，培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力．三、德育目標1．通過教學活動，激發(fā)學生關(guān)心環(huán)境，樂于探索勇于實踐的精神．2．通過做碘的升華和凝華實驗，培養(yǎng)學生欣賞色彩美的能力．

●教學重點通過碘的升華和凝華實驗培養(yǎng)學生的觀察實驗能力．通過日常生活中實例的解釋，培養(yǎng)學生用物理知識解決實際問題的能力

●教學難點通過識別生活中常見的物態(tài)變化現(xiàn)象培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力．

●教學方法觀察法、討論法．

●教學用具試管、鐵架臺、石棉網(wǎng)、酒精燈、碘、樟腦丸、茶丸、掛圖、燒杯、熱水

●課時安排1課時

●教學過程一、創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，引入新課冰塊吸熱后熔化成水，再繼續(xù)吸熱就變成水蒸氣，這是生活中常見的現(xiàn)象．物質(zhì)吸熱后能不能從固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)呢？學生們在思考、討論

二、進入新課［想想做做］［師］現(xiàn)在往試管中放入少量碘，塞緊蓋子后放入盛熱水的燒杯里，觀察到什么？［生甲］固態(tài)碘不見了，試管內(nèi)看到有紫色的氣．［生乙］這說明固態(tài)碘受熱變成氣態(tài)．［師］從熱水中拿出，再放入涼水中觀察［生甲］紫色的氣不見了，試管壁上有黑色固態(tài)．［生乙］這說明氣態(tài)碘遇冷變成了固態(tài)．［生丙］物質(zhì)從固態(tài)直接變成氣態(tài)叫升華．［生?。菸镔|(zhì)從氣態(tài)直接變成固態(tài)叫凝華．［師］同學們觀察的很仔細，回答的也很好．1．升華和凝華升華(sublimation)——物質(zhì)從固態(tài)直接變成氣態(tài)叫升華凝華——物質(zhì)從氣態(tài)直接變成固態(tài)叫凝華．［師］生活中有升華和凝華的例子嗎？［生甲］冬天，室外濕衣服中的水會結(jié)成冰，但冰凍的衣服也會干，這是因為冰升華為水蒸氣．［生乙］冬天寒冷的早晨，室外物體上常常掛著一層霜，霜是空氣中的水蒸氣直接凝華而成的小冰粒．［生丙］衣柜里防蟲用的樟腦球，過一段時間就會變小，最后不見了，這是一種升華現(xiàn)象．［生丁］寒冷的冬天，早晨玻璃上出現(xiàn)冰花，這是室內(nèi)的水蒸氣，遇到冷玻璃，凝華成固態(tài)冰，形成冰花．［生戊］冬天，樹枝上出現(xiàn)“霧凇”，這些都是凝華現(xiàn)象．［師］同學們回答的非常好，我們鼓掌進行鼓勵．我們知道熔化和汽化需要吸熱，凝固和液化要放熱，那么升華和凝華呢？［生甲］升華需要吸熱，因為做實驗時我們加熱了．［生乙］凝華是放熱，因為放入涼水中了．［師］升華要吸熱，凝華要放熱．2．升華過程要吸熱，凝華過程要放熱(板書)［師］閱讀“科學世界”，能否用我們所學的“物態(tài)變化”知識對此現(xiàn)象做出解釋．［生甲］是雪升華了，變成水蒸氣．［生乙］是雪熔化后滲下去的．

三、小結(jié)本節(jié)課我們學了升華和凝華兩個概念．并通過實驗知道了升華要吸熱、凝華要放熱．

四、布置作業(yè)P85動手動腦學物理1，2，3［動手動腦學物理習題參考答案］1．調(diào)查得出答案，或經(jīng)長期觀察得出答案．2．由于空氣的凝華，凍肉出冷庫后有一部分水附在肉上，所以出庫后會使重量稍有增加，只要是在一個合理的誤差范圍內(nèi)(如0．5%)是允許的．這與一些非法商販將肉注水是不同的．

五、板書設(shè)計1升華和凝華升華(sublimation)——物體從固態(tài)直接變成氣態(tài)叫升華．凝華——物質(zhì)從氣態(tài)直接變成固態(tài)叫凝華．2升華吸熱；凝華放熱升華過程要吸熱、凝華過程要放熱．六、課后練習1．下列各種現(xiàn)象中，屬于升華現(xiàn)象的是A．早晨有濃霧B．冬天，室外冰凍的衣服干了C．屋頂上的瓦上結(jié)了一層霜D．水結(jié)成了冰2．下列物態(tài)變化中屬于凝華的是A．鐵水被澆鑄成工件B．冰凍的衣服也會干C．冬天寒冷的早晨，室外物體上常常掛著一層霜D．冬天用濕手摸室外的鐵器時，覺得粘手3．寒冷的冬天，在窗玻璃上常會出現(xiàn)“窗花”，下列說法中正確的是A．窗花在玻璃的內(nèi)表面，是升華現(xiàn)象B．窗花在玻璃的內(nèi)表面，是凝華現(xiàn)象C．窗花在玻璃的外表面，是升華現(xiàn)象D．窗花在玻璃的外表面，是凝華現(xiàn)象4．在舞臺上噴灑干冰(固態(tài)CO2)可以產(chǎn)生白霧，形成所需的效果，這種霧氣是A．二氧化碳氣體迅速液化而形成的小液滴B．干冰迅速熔化后再蒸發(fā)形成的氣體C．干冰迅速升華變成的氣體D．干冰使空氣中的水蒸氣液化形成的小水珠及凝固形成的小冰晶5．用久的燈泡會發(fā)黑，是因為鎢絲發(fā)生了下列哪種現(xiàn)象A．凝固 B．升華C．凝華 D．先升華后凝華6．下列物質(zhì)中，由水蒸氣凝華而形成的是A．露 B．霧C．雹 D．雪7．下列物態(tài)變化過程中，屬于升華現(xiàn)象的是A．放在衣櫥里的樟腦丸變小B．花盆里的潮濕泥土變干C．夏天，冷飲杯外壁有小水珠D．秋天，屋頂瓦上結(jié)霜［參考答案］1．答案：B解析：升華現(xiàn)象是物體由固態(tài)直接變成氣態(tài)，它不經(jīng)過液態(tài)，因此A選項濃霧是液化現(xiàn)象，它是水蒸氣遇冷液化為小液滴，B選項是升華現(xiàn)象，它是冰凍的衣服直接變成水蒸氣．C選項霜是凝華現(xiàn)象，它是水蒸氣遇冷凝華而成的．D選項是凝固現(xiàn)象，它是水達到凝固點，再放熱形成的．2．答案：C解析：凝華現(xiàn)象是物體由氣態(tài)直接變成固態(tài)，它不經(jīng)過液態(tài)．A選項鐵水澆鑄成工件是凝固過程；B選項冰凍的衣服變干，是因為固態(tài)冰直接變?yōu)闅鈶B(tài)的水蒸氣，因此是升華現(xiàn)象；C選項霜的形成是空氣中的水蒸氣遇冷直接形成固態(tài)的小冰晶，它是凝華現(xiàn)象；D選項，濕手是指液態(tài)水，粘手是指水滴遇冷結(jié)成冰，它是由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固過程．3．答案：B解析：寒冷的冬天，窗玻璃的溫度很低，室內(nèi)空氣的溫度相對較高若空氣中的水蒸氣含量較高，水蒸氣在很冷的窗玻璃上就會放熱凝華成固態(tài)的窗花，所以窗花在玻璃的內(nèi)表面．所以選項B正確．4．答案：D解析：因為干冰在常溫下易升華，干冰升華時要從周圍的空氣中吸熱，使周圍的氣溫急劇下降，空氣中的水蒸氣就遇冷液化形成小水珠，部分小水珠又繼續(xù)放熱凝固形成小冰晶，這些小水珠和小冰晶浮在空中，就是我們看到的漂渺的霧氣．選項D正確．5．答案：D解析：燈泡使用時，燈絲發(fā)熱且溫度很高，有些鎢會升華變成氣體，當鎢蒸氣遇到溫度低的燈泡壁時在燈泡內(nèi)壁凝華而成固體小顆粒．久而久之燈泡就會發(fā)黑，所以選項D正確．6．答案：D解析：露、霧是水蒸氣液化形成小水珠，如果雨在落下時驟然遇到0℃以下的冷空氣，雨便凝固成冰塊，冰塊若遇地面向上的風暴把冰塊向上吹入熱空氣層中，這層空氣中的水蒸氣便凝結(jié)在冰塊四周，下落時又遇有0℃以下的冷空氣上升時，冰塊外面又結(jié)一層冰，如此反復上下，到冰塊很大時，形成雹；如果露點低于0℃，在高空中的水蒸氣凝華成雪．所以D正確．7．答案：A解析：A選項是升華現(xiàn)象；B選項是蒸發(fā)；C選項是液化現(xiàn)象；D選項是凝華現(xiàn)象．

●活動與探究［課題］露、霜、霧、雨、云、雹和雪的成因［內(nèi)容］自然界中有很多自然現(xiàn)象都和物理有關(guān)．其中的霧、露、云、霜、雪、雹是常見的自然現(xiàn)象，那么它們是怎么形成的？［過程］提出問題后，學生們開始思考，討論．［師］如果要解決，就要弄清幾個問題第一：空氣中總是含有水蒸氣的，這是江、河、湖、海以及大地表層中的水，不斷地蒸發(fā)而來的，當含有很多水蒸氣的空氣升入高空時，水蒸氣溫度降低液化成小水滴或凝華成小冰晶，這些很微小的顆粒，能被空氣中上升氣流頂起，形成浮云，所以云是由大量的小水滴和小冰晶組合而成的．第二：云中的小水珠和小冰晶越來越大，達到一定程度時，上升氣流無法支持，就會下落．在下落過程中，冰晶熔化成水滴；與原來的水滴一起落到地面，就形成了雨．第三：露是水蒸氣液化形成的小水珠．在地面上草、木、石塊等固體由于輻射熱量，它們的溫度下降速度快于空氣溫度的下降，當草、木、石塊等物降到某一溫度而使附近的空氣達到露點時，則有水珠凝結(jié)在這些物體上形成露．霜是水蒸氣凝華形成小冰晶，出現(xiàn)在地面上．當露點低于0℃時，則水蒸氣直接凝華在地面物體上形成霜．人們有這樣的經(jīng)驗：有風或有云的夜間不會有霜有露，這是由于有風時地面的空氣不易達到飽和；有云時也有熱量輻射到地面，地面溫度不易達到露點的緣故．霧是水蒸氣液化成小水珠，附著在離地面稍遠的空氣中的塵埃上形成的．如果雨在落下時驟然遇到0℃以下的冷空氣，雨便凝固成冰塊，冰塊若遇地面向上的風暴把冰塊向上吹入熱空氣層中，這層空氣中的水蒸氣便凝結(jié)在冰塊四周，下落時又遇有0℃以下的冷空氣上升時，冰塊外面又結(jié)一層冰，如此反復上下，到冰塊很大時，形成雹落下，這就是可怕的冰雹．如果露點低于0℃，在高空中的水蒸氣便直接凝成小冰晶，這就是美麗的雪花了．

●備課資料1．什么是干冰二氧化碳氣體若被加壓、降溫到一定程度，就會形成白色的、像雪一樣的固體．這種固體不經(jīng)熔化就可直接變成氣體．所以叫“干冰”．干冰具有很好的致冷作用，如制造冰淇淋．“干冰”還是良好的保鮮劑．魚、肉和其他易腐爛的食物裝船運送幾千里遠，可用“干冰”保鮮這些食品．雞蛋用“干冰”冷凍保鮮幾乎是無限期的．把玫瑰花放在二氧化碳氣體中，花蕾可保持三天不開花．“干冰”可用于人工降雨．悶熱的夏天遲遲不下雨，就可將裝有“干冰”的炮彈射到烏云密布的天空．不一會兒，瓢潑大雨傾盆而下．這是由于“干冰”氣化吸熱，促使水蒸氣凝結(jié)成水滴，造成了人工降雨．2．升華和凝華物態(tài)的變化并不總是按照固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)或者氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的順序進行，有的時候，有些物體的物態(tài)變化也可以在固態(tài)和氣態(tài)之間直接進行．在熱學上，物體由固態(tài)直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，叫做升華；物體由氣態(tài)直接轉(zhuǎn)化為固態(tài)，叫做凝華．升華或凝華現(xiàn)象，在我們的日常生活中常?？梢钥吹剑趪篮亩?，洗后的衣服掛在室外，由于氣溫在0℃以下，濕衣服上的水很快就結(jié)為冰．盡管這些冰不會熔化，但時間長了，衣服還是會干的，這就是因為冰升華為水氣跑掉了．放置在衣箱里的衛(wèi)生球或樟腦塊，會逐漸變小，最后完全消失，只剩下一些黑色粉末狀雜質(zhì)，這也是升華現(xiàn)象．春天和秋冬早晨出現(xiàn)的霜，這是在溫度下降到0大多數(shù)固體物質(zhì)的升華現(xiàn)象很不明顯，只有部分固體物質(zhì)容易升華．在生產(chǎn)中，人們常常用升華的方法來提純一些容易升華的物質(zhì)．例如，在化工生產(chǎn)中，就是利用升華的方法來提純樟腦、碘、硫等物質(zhì)．早在兩千多年前，我國古代的一些人就會利用升華和凝華的方法，來提純一些化學藥品．所謂的“煉丹”就是一個例子，具體方法是：把天然的紅色硫化汞放進煉丹鼎里煅燒，硫被氧化成二氧化硫，分離出金屬汞；汞又和硫黃化合，生成黑色硫化汞．黑色硫化汞受熱后升華，把它的蒸氣收入一個容器中冷卻凝華，就形成了結(jié)晶的紅色硫化汞．結(jié)晶的紅色硫化汞可以說是人類最早通過化學方法制成的產(chǎn)品之一，也是我國古代“煉丹”活動中的一項重要成果．雖然煉丹家在煉丹活動中滲進了一些迷信色彩，如把紅色硫化汞叫做還丹，反復加熱和凝華后，又叫做九轉(zhuǎn)還丹，還說人吃了它會長生不老，這是錯誤的，騙人的，應該摒棄．但是古代的“煉丹”活動，還是為人類積累了不少有用的知識，提供了一些化學藥物．3．玻璃窗上結(jié)的冰，為什么會有各種各樣的花紋？數(shù)九寒天，早晨起床一看玻璃窗，呀！上面凈是白花花；有的像蘭花，有的像馬尾松，也有的像一朵朵的花．是誰在一夜之間，在玻璃上描繪了這么美麗的圖畫呢？除了大自然，還有誰呢？這是嚴寒用冰描繪出來的．冰嗎，我們誰都看到過，要不是結(jié)在水里一塊一塊的，就是像雪花那樣六角形的，可誰看到還像蘭花，馬尾松……那樣的冰呢？是的，結(jié)在水里的冰是一塊一塊的，那是因為水分子比較密，大量的水在結(jié)冰的時候，冰晶都互相纏結(jié)起來了；雪花是六角形，主要是水蒸氣分子比較疏，在凝結(jié)時，又沒有受到外界不均衡的壓力，冰晶以它自有的角度構(gòu)成它的外形．其實，大塊的冰，它的冰晶也是六角形的，因為彼此糾纏著，我們看不出罷了；就像小粒的鹽，我們可以看出它是呈六面形的結(jié)晶體，而大塊的鹽，看不出它的本來面目一樣．玻璃窗上的冰花，原來也是六角形，當最初的冰晶形成之后，就逐漸向四周發(fā)展，這時候的情況就復雜起來了；有的時候風力大，有的時候風力??；而且玻璃有的光滑，有的毛糙，有的玻璃上積有微垢，有的一塵不染．這樣水蒸氣蒙上去的時候，就不均勻了；有的地方水蒸氣積得多些，有的地方少些，也有的地方十分少．當冰晶向四周延伸的時候，遇到水蒸氣積聚多的地方，水就結(jié)得厚些，少的地方就薄些，十分少的地方就結(jié)不起來，或者是結(jié)了，遇到一點點熱或壓力，又融化了，因此形成了各種各樣的花紋．這就跟我們畫畫一樣，顏料用的多些，畫上的顏色就濃些，少些就淡些，不著顏料的地方，就只剩畫紙的原來顏色．4．冬季話雪我們都知道，云是由許多小水滴和小冰晶組成的，雨滴和雪花是由這些小水滴和小冰晶增長變大而成的．那么雪是怎么形成的呢？在水云中，云滴都是小水滴．它們主要是靠繼續(xù)凝結(jié)和互相碰撞合并而增大成為雨滴的．冰云是由微小的冰晶組成的．這些小冰晶在互相碰撞時，冰晶表面會增熱而有些融化，并且會相互沾合而重新凍結(jié)起來．這樣重復多次，冰晶便增大了．另外在云內(nèi)也有水汽，所以冰晶也能靠凝華繼續(xù)增長．但是，冰云一般都很高，而且也不厚，在那里水汽多，凝華增長很慢，相互碰撞的機會也不多，所以不能增長到很大而形成降水．即使引起降水，也往往在下降途中被蒸發(fā)掉，很少能落到地面．最有利于云滴增長的是混合云．混合云是由小冰晶和過冷卻水滴共同組成的．當一團空氣對于冰晶來說已經(jīng)達到飽和的時候，對于水滴來說卻還沒有達到飽和．這時云中的水汽向冰晶表面上凝華，而過冷卻水滴在蒸發(fā)，這時就產(chǎn)生了冰晶從過冷卻水滴上“吸附”水汽的現(xiàn)象．在這種情況下，冰晶增長的很快．另外，過冷卻水是很不穩(wěn)定的，一碰它，它就要凍結(jié)起來．所以，在混合云里，當過冷卻水滴和冰晶相碰撞的時候，就會凍結(jié)附在冰晶表面上，使它迅速增長．當小冰晶增大到能夠克服空氣的阻力和浮力時，便落到地面上，這就是雪花．在初春和秋末，靠近地面的空氣在0℃以上，但是這層空氣不厚，溫度也不高，會使雪花沒有來得及完全融化就落到了地面，這叫做降“濕雪”或“雨雪并降”．這種現(xiàn)象在氣象學里叫做“雨夾雪”同樣，雪的大小也按降水量分類．雪可分為小雪、中雪和大雪三類，24小時降水量小雪2．5以下，中雪2．6~5．0，大雪5．0以上；幾小時降水量小雪1．0以下，中雪1．1~3．0，大雪大于3．0．那為什么雪花的基本形態(tài)是六角形的柱狀或片狀呢？這和水汽凝華結(jié)晶時的晶體習性有關(guān)．水汽凝華結(jié)晶成雪花和天然水凍結(jié)的冰都屬于六方晶系．我們在博物館里很容易被那純潔透明的水晶所吸引．水晶和冰晶一樣，都是六方晶系，不過水晶是二氧化硅的結(jié)晶，冰晶是水的結(jié)晶罷了．六方晶系具有4個結(jié)晶軸，其中3個輔軸在一個基面上，互相以60度的角度相交，第4軸(主晶軸)與3個輔軸形成的基面垂直．六方晶系最典型的代表就是幾何學上的一個正六面柱體．當水汽凝華結(jié)晶的時候，如果主晶軸在其他3個輔晶軸發(fā)育的慢，并且很短，那么晶體就形成片狀；倘若主晶軸發(fā)育很快，延伸很長，那么晶體就形成柱狀．雪花之所以一般是六角形的，是因為沿主晶軸方向晶體生長的速度要比沿3個輔晶軸方向慢的多的緣故．對于一片六角形的雪片來說，由于它表面曲率不等(有凸面、平面和凹面)，各面上的飽和水汽壓力也不同，因此產(chǎn)生了相互間的水汽密度梯度，使水汽產(chǎn)生定向轉(zhuǎn)移．水汽產(chǎn)生轉(zhuǎn)移的方向是凸面→平面→凹面，也就是從曲率大的表面、移向曲率小的表面．六角形雪片六個棱角上的曲率最大，邊棱部分的平面次之，中央部分曲率最小．這樣就使六角形雪花一直處在定向的水汽遷移過程中．由于棱角上的水汽向邊棱及中央輸送，棱角附近的水汽飽和程度下降．因而產(chǎn)生升華現(xiàn)象．中央部分由于得到源源不斷的水汽而達到飽和，產(chǎn)生凝華作用．這種凝華結(jié)晶的過程不斷進行，六角形雪片逐漸演變成為六棱柱狀雪晶．這是假定外部不輸送水汽的理想狀況．事實上，事物與周圍環(huán)境保持著密切的聯(lián)系，空氣中總是或多或少存在著水汽的．如果周圍空氣輸入水汽較少，少到不夠雪片的棱角向中央輸送水汽的數(shù)量，那么雪片向柱狀雪晶的發(fā)展過程繼續(xù)進行．在溫度很低和水汽很少的極地地區(qū)和高緯地區(qū)，便因為這種原因經(jīng)常降落柱狀雪晶．空氣里水汽飽和程度較高的時候，出現(xiàn)另外一種情況．這時周圍空氣不斷地向雪片輸送水汽．使雪片快速地發(fā)生凝華作用．凝華降低了雪片周圍空氣層中的水汽密度，反過來又促進外層水汽向內(nèi)部輸送．這樣，雪片便很快地生長起來．當水汽快速向雪片輸送的時候，六個頂角首當其沖，水汽密度梯度最大．來不及向雪片內(nèi)部輸送的水汽，便在頂角上凝華結(jié)晶；這時，頂角上會出現(xiàn)一些突出物和枝杈