熔化和凝固

　　5.2    熔化和凝固

　　一、本节三维目标要求

　　1.知识与技能

　　          了解晶体和非晶体的区别。知道一些物质的熔点。

　　          知道熔化和凝固的含义。

　　          认识熔化是吸热过程，了解熔化曲线和凝固曲线的物理含义。

　　2.过程与方法

　　          感知发生熔化和凝固的条件

　　          区别晶体和非晶体，感悟物质世界的美丽多姿。

　　          经历固体熔化的实验探究过程，学习实验探究的基本思路和方法。

　　          了解图像是一种比较直观的表示物理量变化的方法。学习根据实验数据做出物理图像的方法。

　　3.情感、态度与价值观

　　          尝试对环境温度问题发表自己的见解。有关注环境温度的意识。

　　          尝试将生活和自然界中的一些现象与物质的熔点联系起来，将所学知识与生产、生活相结合。

　　          关注自然现象，产生乐于探究自然现象的兴趣和欲望。

　　二、重点和难点

　　本节重点是探究固体熔化过程的规律。

　　本节难点是实验数据的图像转换方法。

　　三、   教学过程

　　1. 认识晶体

　　学生对将固体区别为晶体和非晶体认识不足，教师应着力调动学生的观察积累，利用教科书提供的图片，酌情展示一些常见晶体和非晶体的实物、模型、图片资源，首先让学生建立区别晶体和非晶体的宏观依据——形状规则与否的概念，初步认识晶体和非晶体的区别。

　　2. 实验探究固体熔化过程的规律

　　不宜将本板块变为演示，要舍得投入时间，引领学生经历固体（含晶体与非晶体）熔化的实验探究全过程，初步领略科学探究的各个环节，学习科学探究的基本思路和方法。这也是课时安排建议本节2课时的主要原因。

　　（1）首先，教师应引导学生注意晶体和非晶体不同的形状和不同的加工工艺，猜想到它们可能存在不同的熔化规律；在观察和思考的基础上，提出探究问题：熔化是在什么条件下发生的？熔化过程有什么特点？晶体和非晶体的熔化规律究竟有什么不同？

　　（2）为了研究提出的问题，重要的是组织学生讨论，制订出分工合理、实用高效的探究讨划和实验设计方案。

　　各组首先应选取一种晶体、一种非晶体作为对比研究对象；为了使结论具有普遍性，各组所选研究对象要在条件允许的情况下尽可能不同。其次，要探究熔化规律，自然需要将研究对象熔化，怎样熔化？在熔化过程中需要观测记录哪些数据和现象？需要什么实验器材或仪器？要否自己寻找或自制？这些都不要教师给定。这些问题需要师生讨论，达成共识，并要有所约定。例如，各组达成借助酒精灯加热晶体和非晶体使之熔化的基本思路，约定定时（例如每隔30s）记录加热过程中晶体和非晶体的温度，并确认当时研究对象的状态，直到熔化持续一段时间为止。至于各组探讨的具体问题，例如，停止加热后，熔化情况怎样？是选取冰和蜡，还是选取海波和松香或者别的作为研究对象？是用水浴法加热，还是直接加热？都应该以宽容的态度对待。需知：规范完美的科学探究纯属理想模型，在实际上是不存在的，以此模式组织探究只能是“假探究”；各组探究过程的差异应视为宝贵的课程和教学资源，使得合作交流、讨论评估更具实际价值。

　　（3）在进行实验和收集证据过程中，应帮助学生解决一些实际问题：

　　①进一步巩固使用酒精灯或无烟腊加热物体的规范要求。

　　②了解实验室常用液体温度计的工作原理、构造特点、温度范围及分度值。

　　③学会测量温度，知道用温度计测量温度的正确方法和注意事项：

　　•确认温度计的量程和分度值。

　　•将温度计的玻璃泡与被测量的物体充分接触。

　　•当温度计的示数稳定后再读数。读数时，温度计仍需和被测物体接触（体温计除外）。

　　•读数时，视线要与温度计中液柱上表面相平。

　　④研究固体熔化时温度的变化规律，需要知道它们熔化过程中的温度。如何使待熔化物体均匀受热、使温度计的玻璃泡与待熔化固体充分接触呢？怎样使待熔化固体缓慢熔化，以便观察和测量呢？

　　•待熔固体应为细粒或粉末状。

　　•盛装待熔固体的试管应较细，以增大受热面积。装入试管中的待熔固体应适量（过少，则熔化过程太短，不利观测；过多，则受热不均匀）。

　　•优选间接加热（例如水浴）法，并用两枚温度计同监测试管内外的温度，调整控制热源加热力度，使内外温差保持在2～3℃左右。

　　•建议学生先做非晶体熔化实验，再做晶体熔化实验。用意有二：前者较易成功且易理解；能够对后者产生更强列的印象和反差。

　　⑤指导学生分工合作，高效安全地进行实验、收集证据。

　　（4）在数据处理、讨论交流和评估环节，教师的主要工作应集中于：

　　①激活学生寻找和比较数据规律的需要。

　　②帮助学生回顾数学上描点作图的一般方法及其优点，指导学生在方格纸上描画物质熔化曲线。

　　③热情支持学生的附加探究实验，允许学生重做或部分重做实验，以便扩大交流和评估成果。

　　④为学生提供讨论和评估的必要物质条件，例如，提供视频展台或实物投影仪，用以展示各组所得熔化曲线和数据记录表格。

　　⑤实验结论不宜绝对化。为了达成共识，应组织学生对比分析、总结晶体和非晶体的熔化过程，归纳出二者的同异点，总结出晶体熔化的两个必要条件：①达到熔点；②继续加热（吸收热量）。

　　（5）得出固体熔化过程的规律后，教师可予以扩展。

　　①给出熔点概念。指出熔点是晶体物质的基本属性之一。生活和自然界中，生产和技术上，许多现象和应用都与熔点有关。

　　②引导学生用分子动理论初步解释熔化的吸热过程。

　　③介绍常见物质的熔点，使学生对之有定性的了解。要求记住冰的熔点。

　　3.液体的凝固

　　（1）列举生活、生产、技术上的液体凝固实例。例如，水结成冰，塑料颗粒熔化后注入钢模冷却凝固成塑料盒，熔融状态下的玻璃轧制成玻璃板……

　　（2）凝固过程和凝固曲线。引导学生对比冰（晶体）熔化过程的三个阶段，采用类比的方法，分析水（液体）凝固过程的三个阶段的吸放热特点和温度变化特点。要明确：虽然同种物质的凝固点和熔点相同，但两种曲线却具有不同的物理含义。同时总结归纳出熔融状态下的晶体凝固的两个必要条件：①达到凝固点；②放出热量。还应对比分析熔融状态下的晶体与非晶体的凝固过程的异同点。使学生获得相对完整的固液变化的认识。

　　为了同一目的，建议布置课外实验探究活动：利用冰箱设计实验，研究水的凝固过程并画出水的凝固图像。

　　（3）组织学生综合运用熔化和凝固规律，特别是联系§5.1自我评价中的屋檐上冰锥的形成过程，交流讨论教科书有关“火山爆发后”内容，要求学生做到运用所学知识和方法进行必要的推理分析。

　　熔岩在流淌过程中，将因向周围放热而导致温度不断降低。虽然刚从火山口喷出时岩浆温度相同，但凝固点（熔点）高的矿物岩浆将首先凝固，这些凝固的矿物要么沉积下来，要么随未凝固的岩浆向前推移，直到所有岩浆均在火山口周围依山傍势凝固。基本上按橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、正长石、白云母、石英排列。

　　三、发展空间

　　（一）“自我评价”参考答案

　　1.0℃，bc段

　　2.非晶体

　　（二）“家庭实验室”指导

　　吊冰游戏：盐的熔点高于冰的熔点。冰上撒些盐，因盐的温度高于0℃，致使局部冰面熔化，盐溶化在水中吸热，使绳子周围冰面上熔化的冰重新凝固，故而几秒钟后就能用绳子把冰吊起来。

　　类似的，可做“复凝”游戏：将一块冰置于桌面上，把两端悬挂重锤的细线横置于冰块上表面，则可见细线缓慢切过冰块落至桌面，而冰块仍是“坚冰”一块，依稀还可找到细线“切豆腐”的痕迹，但“豆腐”重新又连成一片。这是利用冰在压力下熔点提高的特性实现的。

　　晶体花园：水在蒸发过程中吸热，将加速食盐水的凝固，由于瓦片放置和色素沉着，碗中各处食盐结晶析出的形状殊异，因而生成漂亮的“晶体花园”。

　　（三）“物理在线”和“走向社会”指导

　　太空材料：组织学生下载网上信息或去图书馆查找资料，走访专家学者，集中讨论以下问题：（1）什么是太空材料？（2）太空材料成本昂贵，为什么要制选太空材料？（3）你希望太空实验工厂制造什么新的材料？说说你的设想。