科学探究：熔点与沸点教案(1)

科学探究：熔点与沸点教案(1)

‎ ‎ 第十一章 《从水之旅谈起》‎ 第一节 科学探究：熔点与沸点 教学建议 课时安排 1课时 重点、难点 重点：水的熔点和沸点的科学探究 难点：熔化和沸腾过程中温度如何变化？‎ 教材分析 本节教材是学生进入9年级的第一课，应该让学生懂得学习物理的基本方法是科学研究；让学生深入理解科学探究的过程和方法。第一节的主要内容是通过对水的状态变化及其熔点与沸点的研究，归纳出晶体的熔点和沸点。教材通过对云、雨、雪、露、雾等自然现象的观察（或联想），提出问题（水怎样进行状态变化），激发学生的求知欲和探索兴趣。通过“人造雨”的实验探究，体验水的状态变化及水在自然界的循环，进一步提出“水的三态转化需要什么条件”的新问题。然后从生活事例引出熔化、熔点、汽化、沸点等概念，通过加热碎冰及加热水的实验探究，理解冰的熔化和水的汽化特点。最后，通过对一些常见物质的比较、分析，学会对物质进行简单的分类。使学生了解常见晶体的熔点与沸点，知道在一定的条件下，晶体的熔点与沸点可能会发生变化。‎ 本节重点内容是对水的熔点与沸点的科学探究，学习的难点是“熔化和沸腾过程中温度如何变化”？一定要认真组织好这一实验探究课题。让学生在实验探究中掌握科学探究的全过程，学习科学家的科学探究方法。要引导学生通过观察和实验自己得出温度不变的结论。使学生经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程，体验科学探究的乐趣，培养学生实事求是的科学精神。在经历科学探究的过程中，发展科学探究能力；领悟科学的思想和精神，逐步学会应用科学方法去研究物理现象，为后面各章节的学习奠定基础。‎ 课标要求 ‎1、通过对冰的熔化现象的科学探究，熟悉科学探究全过程的各个环节。‎ ‎2、体验水的三种状态，会描述水的三种状态的特征。‎ ‎3、了解自然界的水循环现象，熟悉水的熔点和沸点。‎ ‎4、学会对物质进行简单的分类。初步认识常见晶体的熔点和沸点。‎ ‎5、从科学探究过程中，感知熔化、汽化现象及其产生的条件。‎ 9‎ ‎ ‎ ‎6、把生活现象和自然现象与物质的熔点或沸点联系起来。养成学科学、用科学的习惯和探索真理的科学态度。‎ 措施与建议 ‎1、奇妙的水 教材首先展示了：浮想联翩的云朵、银装素裹的雪景、滋润万物的雨水。使学生置身于云彩之下，雪地之上，雨水之中，进入到自己熟悉的环境，回味自然现象的美妙；从“泼水节”的欢乐景象，领略到人与水的亲近、热爱与和谐。进而联想到雾、露、霜等其它自然现象，感受到水的奇妙。教师要充分利用和发挥教材的这一情景设置，将学生由生活情景引向物理问题，激发起学生科学探究的欲望和兴趣。‎ ‎2、水之旅 冰——水——水蒸气——水——冰的实验探究使学生能初步认识到水有固、液、气三种状态，而且在一定条件下可以相互转化。大部分学生已经有这样的生活经验，教师要启发学生把生活经验跟水的状态变化结合起来，再由小范围水的扩展到自然界的水循环，启迪学生想象出地球上水的“旅行”图景，让他们产生疑问：水为什么会在自然界循环？水的三态转化需要什么条件？‎ ‎ “人造雨”实验重点突出水蒸气液化为水的变化，其它几个物态变化过程学生非常熟悉，不难接受，加热器可用电热壶，电热壶内的冰不宜过多，以熔化后水能浸没电热器为宜，钢勺可用铁板（铁架台底座等）代替，效果更好，为了节约时间，电热壶内也可以直接装水进行实验。‎ ‎3、科学探究：冰的熔点与水的沸点 通过观察冰、雪熔化，水变成气等图片描述的自然现象和学生自己生活中的经历，认识熔化、汽化等物理概念，学生在小学或生活中已经知道温度升高，冰会熔化，加热会使水沸腾（烧开）。但这些经验只是粗略、不完善、不准确的感性认识。教师组织好冰的熔化和水的沸腾这一实验探究活动，不仅能使学生经历科学探究的过程，学习科学研究的方法，而且能让学生通过对实验数据的分析，经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程，自己得出结论。通过同学之间、师生之间的交流与合作，加深对水的熔点与沸点的认识。学会用类似的方法去研究其它物质，了解晶体与非晶体的区别，学会对物质进行简单的分类。理解其它常见晶体的熔点和沸点。‎ ‎ 可以组织学生阅读、比较教材提供的常见晶体的熔点表和沸点表，让学生自由表述自己发现的特点、规律或问题。‎ ‎ ‎ 9‎ ‎ ‎ 在学习本节教材的过程中，应以学生的积极参与为主，突出实验探究，注意从学生已有的生活经验引入问题，鼓励学生从自己的实验得出结论，用自己的语言表达问题。不宜让学生死记熔化、熔点、汽化、沸点等物理概念。‎ ‎ “加热碎冰”对学生来说是一个非常困难的实验，学生缺乏必要的预备性知识，所以实验前必须引导学生学习温度计的正确使用、酒精灯的使用与安全注意事项及如何组装仪器（从下到上）等知识。装有碎冰的试管教师可事先准备好，放在冰箱内备用，每个实验小组的同学要分好工，以免手忙脚乱，告诉学生一定要仔细观察，边实验边记录，教师要巡回指导，烧杯内的水不宜过多，以70—100ml为宜，告诉学生水浴加热的优点是受热均匀且升温较慢，便于观察，每半分钟记录一次温度效果较为理想。实验完毕后，要求学生整理好仪器以培养良好的实验习惯。同时多个小组相互交流数据，以便得出正确的实验结论。‎ ‎ 晶体、非晶体的概念及非晶体没有熔点等知识不宜多讲，简单介绍即可，不必要给学生带来太大的学习困难。‎ 课时教案 教学目标 ‎ 1、通过对水的熔点和沸点的科学探究，熟悉科学探究全过程的各个环节。‎ ‎ 2、让学生体验水的三种状态，知道水的三种状态在一定条件下是可以相互转化的。‎ ‎ 3、学会对物质进行简单的分类。初步认识常见晶体的熔点和沸点。‎ ‎ 4、让学生从科学探究的过程中，感知熔化、汽化现象及其产生的条件。‎ ‎ 5、让学生把生活现象和自然现象与物质的熔点或沸点联系起来。养成学科学、用科学的习惯和探索真理的科学态度。‎ 重点、难点 ‎ 重点：水的熔点和沸点的科学探究 ‎ 难点：熔化和沸腾过程中温度如何变化 教学准备 ‎ 实验器材 ‎ 教师用：电热壶、冰块、钢勺、水杯、手套 ‎ 学生用：学生实验两人一组，每组有：铁架台、石棉网、酒精灯、火柴、烧杯（100ml）、试管、温度计、细线、水 ‎ 多媒体器材：实物投影仪、云、雪、雨的光盘和图片等资料、自然界的水循环光盘 9‎ ‎ ‎ 教学设计 ‎ 引入新课：‎ ‎ 水是生命之源，水孕育了自然界的万物生灵，水是大自然对人类的恩赐。水无常形，变化万千，无处不在。冬天河里的冰在天气变暖时熔化，地上的水时间长了会消失，变成水蒸气；天气变冷时，水又会结成冰。形态各异的水告诉我们，水可以在三种状态之间变化，这种变化叫物态变化。现在我们就研究水的三态变化规律。‎ ‎ 进行新课 ‎ 教师活动 ‎ 一 奇妙的水 学生活动 说明 ‎ 播放水的各种形态的VCD光盘或投影 观看 ‎ 云、雪、雨的图片 ‎ 问：云、雪、雨本质是自然界的什么 讨论、交流、回答 引导学生说出水 ‎ 物质？这种物质在自然界中还有什么样的 在自然界的各种 存在形态？ 形态是为了培养 ‎ 讲述：云、雪、雨．．．它们都是水, 学生兴趣 只是形态各异罢了。水不仅可以变成云、 听讲 雪、雨，而且还可以化为露、雾、霜等。‎ 今天，我们将走出神话，开始对水进行科 学探究。 ‎ ‎ 二 水之旅 ‎ 水是怎样变化的呢？请同学们观看课 看书 本上的“人造雨”实验。 两名同学到讲台完成实验， 由学生完成 ‎ 安排两名同学进行“人造雨”实验 其余同学观看 实验，效果 ‎ （教师协助学生） 更佳 ‎ 问：实验的结论是什么？ 学生思考回答，填写课本 ‎ 播放自然界的水循环光盘或投影图片 上空白部分 引导学生观看、思考，一段时间后，安排 观看、思考、回答、补充 一名同学解释云、雨、雪的形成。 ‎ 9‎ ‎ ‎ ‎ 引导学生提出问题：水的三态在什么 针对云、雨、雪的形成提 情况下才可以相互转化呢？ 出各种问题 ‎ 三 科学探究：冰的熔点与水的沸点 听讲、思考 ‎ 讲解晶体、非晶体的特点 尽量少讲 ‎ 以冰为例讲解熔化、汽化的概念，说 听讲、记忆、思考 明汽化的两种方式：蒸发和沸腾。‎ ‎ 引导学生提出问题：冰在什么情况下 思考、提出问题 熔化？水在什么情况下沸腾？在熔化和沸腾 过程中，温度如何变化呢？‎ ‎ 问：对提出的问题你有怎样的猜想呢？ 猜想 ‎ 问：怎样设计实验验证你的猜想呢？ 制定计划与设计实验 ‎ 讲述：温度计的使用，酒精灯的使用和 观看、使用 ‎ 安全规则，实验的安装顺序。 ‎ ‎ 安排学生进行实验。巡回指导 实验、记录、观察 将两个概念 ‎ 安排学生汇报数据，得出结论 汇报、作图、交流、 放到后面，‎ ‎ 安排学生整理仪器。 记忆，整理仪器 更符合学生 ‎ 四 常见晶体的熔点 的认知规律 ‎ 对常见固体进行简单的分类，并对非晶 听讲、思考 体熔化特点进行介绍 ‎ 组织学生阅读、比较教材提供的常见晶 阅读、比较，发表自己 培养学生 体的熔点表和沸点表，让学生自由表述自己 发现的特点、规律或问 发现问题的 发现的特点、规律或问题 题 能力 ‎ 组织学生观看信息窗，了解影响熔点和 了解影响熔点、沸点的 沸点的因素 因素 小结：‎ ‎ 组织学生进行小结 小结本节内容 作业：同步学习与探究 九年级上册 P3 6、7‎ 板书设计 9‎ ‎ ‎ 第十一章 从水之旅谈起 第一节 科学探究 熔点与沸点 一、奇妙的水 二、水之旅 实验结论：水有固态、液态和气态，水的三种状态在一定条件下是可以相互转化的。‎ 三、科学探究：冰的熔点与水的沸点 ‎ 晶体：原子按一定规律排列 ‎ ‎ 固体 ‎ ‎ 非晶体：原子的排列无规则 熔化：物质从固态变为液态的过程称为熔化 熔点：晶体开始熔化的温度称为熔点 汽化：物质由液态变为气态的过程称为汽化 汽化有两种方式：蒸发和沸腾 沸点：沸腾时的温度叫沸点 探究结论：冰在熔化的过程中，温度保持不变，熔点是0℃；水在沸腾的过程中，温度不变，水的沸点是100℃‎ 四、常见晶体的熔点 教学参考 ‎1、液体温度计 ‎ 根据所充液体的不同，液体温度计分为水银温度计、酒精温度计、甲苯温度计和煤油温度计。这些液体及其特性如下表所示：‎ 液体 使用范围/℃‎ 体膨胀系数 凝固点/℃‎ 沸点/℃‎ 水银 酒精 甲苯 煤油 戊烷 ‎－35~750‎ ‎－80~80‎ ‎－80~100‎ ‎0~300‎ ‎－200~20‎ ‎0.00018‎ ‎0.00105‎ ‎0.00109‎ ‎0.00095‎ ‎0.00092‎ ‎－38.87‎ ‎－117.3‎ ‎－102‎ ‎－230.8‎ ‎357‎ ‎78‎ ‎110.6‎ ‎360‎ ‎ ‎ 9‎ ‎ ‎ 液体温度计中的工作液体是用来感觉温度变化的，所以对它有三个要求：一是液体存在的温度范围要宽，也就是说它的凝固点要低，沸点要高；二是体膨胀系数要大；三是液体要纯净，不沾污玻璃，不浸润玻璃。‎ ‎ 水银的体膨胀系数虽小，但它的液态存在范围宽；不浸润玻璃（因而毛细管可做得很细，从而补偿了体膨胀系数小的缺点）；在0℃至200℃范围内体膨胀与温度成正比，因而能做成等分度刻度；水银容易制的纯净，而且水银导热快。‎ ‎ 在标准大气压下，水银的沸点是357℃，沸点随压强增大而升高。水银温度计中水银柱上方充了气，它的测量范围可提高到750℃。水银温度计测不了－38.87℃以下的温度。为了测更低的温度，必须选用凝固点低的有机液体，如酒精、甲苯等。‎ ‎ 有机液体的膨胀系数大，能测量的温度低，如戊烷能测到－200℃。但有机液体容易沾湿玻璃，毛细现象严重，因而毛细管不能做的很细，否则读数很不方便，测量的精度也要降低。此外，有机液体的比热容大，传热慢。尽管如此，它们在低温范围内仍得到了广泛应用。‎ ‎2、温度计的变化 温度是对冷热程度的一种数值表示，温度的测量是热学中的第一个重要问题。.很早以前，人们依靠自身的感觉来判断物体的冷和热（图001），这种方法是极不可靠的。随着社会的发展，人们希望有一种能准确表示物体冷热程度的仪器来适应生产和生活的需要。于是温度计应运而生。‎ ‎001‎ 该处有图 ‎ 1603年，意大利物理学家伽利略制成了利用气体体积变化探测温度变化的验温器。它用底部为球状的玻璃管充满空气后倒插在水中，再对球部加热排出部分空气，待管内空气冷却到室温后水上升到管中一定高度，玻璃管内的水位随着周围温度变化而改变，这是世界上第一个测量温度的仪器。“气体温度计”简单而灵活，可以在小范围内反映被测物体的温度。但是，由于水面露在大气中，大气压的变化严重影响温度计的准确性。据史料记载，我国清代初期科学家黄履庄制作的“验冷热器”，能“诊试虚实，分别气候”，可能也是空气温度计的一种。‎ ‎ 17世纪中期，有人把气体测温仪中的空气换成水和酒精，在一个相当大的装满水或酒精的玻璃球上连接一根细直玻璃管，利用液体本身的热胀冷缩来指示温度的高低，制成了最早的液体温度计。它不受大气压的影响，又比较灵敏。但是，这种温度计在低温时水会结冰，并使玻璃球破裂，因此不能测低温；若装满酒精，又容易挥发、沸腾，不能测高温。‎ 9‎ ‎ ‎ ‎ 法国物理学家阿蒙顿用汞代替酒精和水，首先制成了汞温度计。由于汞的体积随温度变化比较明显，又不容易混入灰尘，不需着色，容易观察，是制造温度计的理想液体，至今仍然广泛应用。但这种温度计管口敞开，携带时不能翻倒，而且汞蒸汽有剧毒，致使这种温度计的推广和应用仍然受到影响。‎ ‎ 1714年，德国物理学家华伦海特制成了比较完善的温度计。他对装汞的温度计加热，使其汞面上升到管顶的时候封闭玻璃管，汞冷却后下降，管上部成为真空。他将当时在实验室所能得到的最低温度（冰和食盐混合物的温度）定为零度；将纯水的冰点定为32度；沸点定为212度，刻在玻璃管上，用这种温度计可以准确测定常见物体的温度，得到准确的温度示数。这种温度计刻度分得细而均匀，使用方便、安全，很快得到普遍应用。后来这种表示温度的方法被定为“华氏温标”，它的单位叫“华氏度”，用符号“F”表示。在“华氏温标”里，水保持液态的温度范围是180度（与半圆的度数相同），人体温度大约是100度。目前在美国、加拿大和我国的香港地区仍然沿用这种温标。‎ ‎ 目前世界上使用最广泛的是“摄氏温标”，还有科学研究中常用的“热力学温标”，将在第十二章作介绍。‎ ‎ 在近代科学研究中，人们发现了许多新的物理现象，相应诞生了多种不同用途的温度计来满足研究和使用需要。常见的有：利用缠在一起的两种不同金属热膨胀的差异来移动指针示数的双金属温度计；根据高温物体热辐射强度与温度的关系设计的辐射高温计；根据炽热物体发光的亮度与温度的关系设计的光测高温计；利用导电物质导电性随温度变化的特性和规律作成的精度很高的铂丝温度计；根据热电偶现象制成的灵敏度和准确度高、测量范围大、稳定性好的温差电偶温度计；红外温度计…… ‎ ‎ 随着科学技术的发展，新的测温手段将不断产生，测温仪器也会不断完善和更新。‎ ‎3、水的沸点与压强的关系 ‎ 在一般情况下，液体的沸点随液面上气压增大而升高。水的沸点与压强的数量关系如表中所示：‎ p/×105Pa ‎0.946‎ ‎0.960‎ ‎0.973‎ ‎0.986‎ ‎0.999‎ ‎1.013‎ ‎1.026‎ ‎1.040‎ ‎2.026‎ ‎3.039‎ ‎4.052‎ t/℃‎ ‎98.11‎ ‎98.50‎ ‎98.88‎ ‎99.26‎ ‎99.63‎ ‎100‎ ‎100.4‎ ‎100.7‎ ‎120‎ ‎133‎ ‎143‎ ‎4、过热现象 水在容器中经长时间沸腾后，继续不停水加热，‎ 9‎ ‎ ‎ 水温已达到沸点以上，但水并不沸腾，这种现象称为过热现象。这是由于沸腾是在液体内部和器壁上的小气泡周围进行的汽化过程，这些小气泡称为汽化核。长时间沸腾的液体中汽化核逐渐减少，甚至缺少汽化核，沸腾减弱。液体从外界吸收的热大于液体汽化散失的热，使液体温度升高到沸点以上，便产生过热现象。但液体的过热状态并不稳定，稍有搅动或加入少量的水，液体便会立即沸腾，使温度降低到沸点。‎ ‎5、热力学温度 ‎ 热力学温标是在热力学第二定律的基础上建立起来的最为科学的温标，过去也叫开氏温标或绝对温标。由热力学温标定义的温度叫热力学温度。热力学温度的单位是开尔文，简称开，符号是K。热力学温度是以水的三相点来定义的，规定水的三相点的温度为273.16K。水的三相点是水、水蒸气和冰共存的状态。在标准大气压下，水的冰点实际上是水、冰、空气的一种混合状态，水的冰点的温度是273.15 K，即冰点比水的三相点的温度低0.01K。摄氏温度以冰点为零度。‎ ‎ 热力学温度单位开尔文是国际单位制的七个基本单位之一。摄氏度也是国际单位制中的单位，摄氏度与开尔文所表示的温度间隔相等，摄氏温度t与热力学温度T的换算关系是 ‎ t＝T－273.15℃‎ ‎6、人体正常体温 ‎ 正常人体的直肠温度平均为37.3℃，接近于深部的血液温度。口腔温度比直肠温度低0.2 ~0.3℃，平均为37℃。腋窝温度比口腔温度又低0.3~0.5℃，平均约为36.7℃。‎ ‎ 临床上一般采取从腋窝、口腔或直肠内测量体温的办法。‎ 9‎