八年级物理上册☞第三章物态变化

第4节《升华和凝华》(教学案)

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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？”

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。

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？

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。

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。

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例子。

教师活动：

（板书）三、升华和凝华的应用

组织学生观看视频：

（1）干冰升华实现食品保鲜。升华吸热，能使周围温度降低。

（2）人工降雨既有升华，也有凝华。（见教材课后习题）

（3）人造雪景：由于升华和凝华现象形成的。

学生活动：观看视频，体会物态变化的应用。

（设计意图：为了帮助学生利用升华和凝华的本质特征解释日常生活中的相关现象，本环节采用多种方法做了合理铺垫。例如，通过实验制霜，再现霜的形成过程，补充了学生的经验，为解释霜形成的原因做了良好的铺垫，因为很多学生没有见过霜及其形成过程，解释这种现象缺少经验基础。又如，解释节能灯管变黑环节，通过呈现图15和16、图17和18，进行了两次铺垫，帮助学生把碘的实验现象和灯管变黑这一生活现象联系起来，同时渗透了科学方法教育。）

教学环节7：课堂诊断练习

教师活动：展示PPT上的练习题

1．刚从冰箱里拿出的冰棒，包装纸上出现一层“白粉”，这些“白粉”是空气中的水蒸气_______而成的。

2．填上物态变化的名称。

衣柜里的樟脑丸变小消失：__________

冬天空气中的水蒸气遇冷后，在铁丝网上结成针状的霜：__________

冬天冰冻的衣服自然晾干：__________

用久的灯泡壁发黑：______

学生活动：解答练习题

教师活动：检查学生的练习情况，并提供纠正性反馈。

教学环节8：课堂小结

教师活动：进行课堂小结

1．升华  吸热

2．凝华  放热

3．干冰升华的应用

4．学生结合物态变化图总结常见的六种物态变化

学生活动：

学生在老师的引导下进行总结

教学环节9：布置作业

教师活动：布置作业

1．阅读教材，完成课后的三道题。

2．【课题】调查自然界的一些现象属于哪种物态变化

学生活动：记录作业内容

板书设计

四、教学反思：

本节课在如下几个方面较好地体现了课标理念

1．教学内容分析和学情分析有针对性，准确抓住了学生的学习难点，通过多种方法突破难点。

固态和液态的水比较容易认知，而气态的水──水蒸气是不能引起视觉和触觉感受的，水的升华和凝华现象不容易被学生所认识，升华和凝华的条件及概念也不容易被接受。因此将升华和凝华不经历液态过程作为本课的难点，采用多种方法进行突破。例如，利用演示实验和学生实验，展现了碘的物态变化过程，丰富了学生的感性经验；采用了水浴法进行加热，从逻辑上堵住了液态过程的干扰；通过提供碘的熔点等关键资料，为分析论证奠定基础。

2．针对难点，有目的地选择、改进实验，展现物理过程，促进学生理解

为了突破难点，本节课的实验采用了碘颗粒为研究对象，通过碘颗粒的升华和碘蒸气的凝华来认识气态和固态之间的直接变化。教材中给出的采用酒精灯加热表现碘固体升华，玻璃片冷却碘蒸气表现凝华的实验方案虽然现象明显，但不能说明升华和凝华没有经历液态过程，无法突破教学难点。本节课采用热水对碘颗粒加热、冷水对碘蒸气进行降温的方案来做升华和凝华的实验，结合碘的熔点与沸点，对其熔化与液化的可能性进行分析。有了这样的实验基础，分析论证的必要性就突显出来，从而调动学生的思维积极性，促进学生的理解。

3．充分发挥实验的教育功能，渗透科学方法教育

本课充分利用实验的可控性、直观性、主动性、探索性，较好发挥了实验的教育功能。例如，水浴法加热碘颗粒就是利用了实验的可控性，为分析论证奠定了坚实的实验基础。又如，碘的实验现象的多次使用，解决多个问题，就是利用实验的直观性进行合理铺垫，促进学生理解。又如，针对节能灯管发黑和秋冬季结霜设计了比较精巧的实验，渗透了科学方法教育，促进了学生对所学知识的理解和应用。

五、附件：半导体制冷片实验说明

（一）实验装置

实验装置图如图1所示，实验装置示意图如图2所示：

该装置由半导体制冷片、循环水泵、水箱及散热装置、电源构成。

其中半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻当电流经过半导体时就会产生热量，从而会影响热传递。而且两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。本实验中采用水冷系统对半导体散热片进行制冷。

二、实验现象

通电后，半导体制冷片低温侧出现白色冰晶，用手轻触会感到温度很低，随着通电时间的增长，白色结霜现象会越发明显。当停止通电后，制冷片高温侧热量很快扩散，原本结的霜会迅速熔化。

三、注意事项

针对本次实验应当注意以下几点：

1．创造一个相对潮湿、密闭的环境。在半导体制冷片下方可以放置一块湿润的毛巾，装置上方用保鲜膜进行密封。

2．使用纸板遮挡除半导体制冷片的其他其它装置，减少对学生视觉干扰。

五、教后随记