2019-2020年八年級物理 第3節(jié) 汽化和液化教案.doc

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2019-2020年八年級物理 第3節(jié) 汽化和液化教案 （一）教學過程 本節(jié)安排三個教學板塊：（1）探究水沸騰的規(guī)律；（2）氣體的液化；（3）汽化、液化過程中的吸放熱。 1．探究水沸騰的規(guī)律 本教學板塊按照邏輯順序安排以下幾個層次：通過觀察，讓學生了解汽化的兩種方式；實驗探究水沸騰的溫度與時間的關系；實驗探究水沸騰的溫度與氣壓的關系。 （1）“水開了嗎？”這是在每個家庭幾乎天天都會聽到的一句話?！伴_水不響，響水不開”也許是學生很小就學來的判斷水是否“開”了的依據。很多學生擁有豐富的生活經驗，但并未認真觀察過水沸騰的全過程，并未深入思考過與水沸騰相伴隨的氣泡、聲音、水量、溫度等相關特征的變化規(guī)律。教師宜按照教科書的提示，利用透明容器構造水沸騰過程的真實情境，激勵學生思考以下問題：你看到了什么？你想到了什么？引發(fā)并確認實驗探究問題。 學生探究的問題，應達成某種共識，例如，探究水沸騰與溫度的關系，但也應鼓勵附帶探究其他問題，諸如沸騰前后的聲音變化、氣泡變化、沸騰時水量的變化等。這些附帶探究的問題，對學生進一步認識沸騰現象和汽化現象、形成對多種現象聯(lián)系與思考的意識，十分必要。 將汽化的兩種方式——蒸發(fā)和沸騰進行對比分析顯然是必要的。而且，蒸發(fā)在物態(tài)變化中，尤其在水的循環(huán)中的重要作用，要求我們在教學中賦予它應有的地位。 除了在表現特征上對兩種汽化方式予以辨析外，還可利用分子動理論的分子運動模型給出初步解釋。 影響蒸發(fā)快慢的諸種因素：液面面積，環(huán)境溫度、濕度、氣壓，周圍空氣流動快慢等，都應納入教學視界?；蚧仡櫺W《科學》，或組織學生討論（餐廳洗手間安裝的熱風干手器就是一個好例子），甚至組織相應實驗探究，應視學生知識和經驗基礎決定。 本段教學設計應圍繞蒸發(fā)和沸騰這兩種汽化方式的相同點和不同點展開?！盀榱耸瓜催^的衣服干得快些，可以采用哪些措施？”就是一個適當的導入話題。 （2）遷移探究固體熔化規(guī)律的學習經驗，在燒水過程中直接觀察水的沸騰現象，從而探究發(fā)現沸騰的特征和規(guī)律，應成為課堂教學中的“轉知成識”、“轉識成智”的良好契機，同時成為教師引領學生設計實驗和進行實驗的指南。 教師還應提醒學生：在實驗中，要分工合作，做好觀察記錄（包括水的溫度隨加熱時間變化的記錄、水發(fā)出的聲音、水中的氣泡隨加熱時間變化的相關記錄），更要注意安全，避免燙傷。 （3）在學生得出水沸騰的溫度和加熱時間的關系曲線后，應及時組織分析論證和交流討論：  該圖像與晶體熔化圖像有什么相似之處？有什么不同之處（沸點概念得以生成）？  沸騰前、沸騰時用酒精燈加熱水的作用有什么不同？移開酒精燈，停止加熱，水還沸騰嗎？  水的沸點是100℃嗎？如果不是100℃，究竟是實驗誤差，還是另有原因？  沸騰前后，水中氣泡變化、聲音變化有什么特征？沸騰中減少的水跑到哪去了？  水沸騰需要什么條件？這個結論是否可推廣到所有液體？為了檢驗你的判斷，你認為是否有必要換用其他液體再做實驗？ （4）由水沸騰時的實驗數據和水沸騰曲線學生可以認識到水有確定的沸點。鑒于沸點與氣壓的關系在生產技術和日常生活上的重要應用（壓力鍋就是一個典型），引導學生探究水的沸點溫度與氣壓的關系，十分必要。 移開熱源，停止對水加熱，沸騰則停止，這是學生已經親歷的事實。要探究水沸騰的溫度與氣壓的關系，需在改變氣壓（增大或減小氣壓）的前提下，使水重新沸騰，同時測量對應溫度。 如何改變液面上方的氣壓，這是設計實驗中的難點和關鍵。以往利用封閉的燒瓶或燒杯，采用冷水淋浴或用抽氣機抽氣減壓的方法實現“復沸”，要么安全性差，要么設備繁雜，而且推理解釋復雜，因而不適于學生探究。改用封閉大試管、用注射器緩慢抽氣減壓的方法實現“復沸”，不僅效果明顯、設備簡單、便于解釋，而且還可用來進行增壓（推進柱塞）“止沸”，為學生完善探究設計提供了可行的選擇。的確，要證實水沸騰的溫度與氣壓有關，不僅需要考察氣壓降低時水的沸點怎樣變化，而且需要考察氣壓升高時水的沸點怎樣變化。 學生的設計方案可以有多種，教師應引導學生討論方案的可行性，使他們在選擇中學會選擇。此外，考慮到一次性注射器容量有限，怎樣才能使封閉試管內的氣壓改變更明顯？在這方面學生的知識準備不足，例如，有關氣體體積與壓強的關系尚不了解，教師應心中有數。比如，大試管內裝水宜少于2/3容積，雙孔塞密封要好；水溫接近沸點時改變氣壓效果明顯（考察“復沸”現象時，應在停止沸騰后立即著手進行，水溫大致在80℃～90℃；考察“止沸”現象時，應在水沸騰的同時繼續(xù)加熱）。一次抽氣不成，可否再來一次（考慮使用止水夾）？是快抽柱塞好，還是慢抽好？是快推柱塞好，還是慢推好……所有這些思考，都是指導學生探究的前提條件，顯然這比演示實驗對教師的要求更高了。 2．氣體的液化 與凝固是熔化的相反過程一樣，液化是汽化的相反過程。具體教學操作可以著手于以下兩個方面。 （1）水蒸氣液化成水的現象，學生十分熟悉。冷玻璃窗上的水滴，眼鏡片上的“霧氣”，燒水時壺嘴噴出的“白霧”，從冰箱中取出的冰鎮(zhèn)汽水瓶外壁上的“淚珠”……要注意在教學中調動學生的經驗積累，引導他們關注水蒸氣液化的細節(jié)。例如，冷玻璃窗上的水滴和眼鏡片上的霧氣出現在哪一面上？水壺嘴噴出的“白霧”緊挨壺嘴嗎……這些細節(jié)對于學生理解液化和汽化規(guī)律大有幫助。 （2）氣體液化的歷史，尤其是空氣液化的歷史，是物理學發(fā)展的縮影，也是科學技術社會協(xié)調發(fā)展的典型。極低溫度的獲得，真空技術的提高，熱力學第三定律的發(fā)現，超導、超流和完全抗磁性的發(fā)現，超導電性的唯象和微觀理論，高溫超導材料的研究……都與氣體的液化直接或間接有關。教師應利用各種文本資料，展現人類探索氣體液化的艱難歷程和美好的前景，概述氣體液化的兩種途徑：降低溫度和壓縮體積。第 1 節(jié)中的人工造“雨”就是通過降低溫度使水蒸氣液化成“雨”的。教學中還可增加用注射器壓縮乙醚蒸氣的體積使之液化（反之則汽化）的學生小實驗。 所有氣體在溫度降到足夠低時都可以液化，不存在“永久氣體”——1908年，荷蘭物理學家卡末林昂內斯（H.K Onnes，1853－1962）領導的低溫實驗室使最后一種“永久氣體”——氦實現了液化，同時獲得了4.2K的低溫。 在一定溫度（臨界溫度）下，壓縮氣體的體積也可以使氣體液化。事實上，到了1854年，通過包括法拉第在內等人的工作，除了氫、氧、氮等幾種氣體外，當時已知的其他氣體都能被液化了。早期氣體液化大多是通過壓縮氣體的體積實現的。 3．汽化、液化過程中的吸放熱 伴隨汽化和液化過程的能量變化的表現形式是吸放熱。本板塊的教學應該注重以下幾個方面。 沸騰過程中吸熱而溫度保持不變；停止加熱，沸騰隨即停止。對此，學生已有實驗經歷。 蒸發(fā)過程吸熱的例子也很普遍。在溫度計測溫泡上裹上用水或酒精浸濕的棉球，溫度計的讀數有什么變化？在手背上涂些酒精，感受如何？對此，學生更有足夠的經驗基礎。 氣體液化放熱的現象，學生雖有感悟，但體會欠真切，因此有必要組織學生動手實踐。教科書第104頁圖5-3-9是一個很好的對比實驗。教師應認真組織好學生做分組實驗和觀察討論。左右試管初始狀態(tài)相同，左管加熱沸騰、水量減少（溫度維持在沸點）；右管通入從左管中導入的水蒸氣，溫度升高，水量增加。這一實驗典型地展示了物態(tài)變化中伴隨著能量的轉化這一物理現象。倘若使兩管中的水循環(huán)流動，它就是蒸汽傳熱的模擬裝置。 在此基礎上，教師應結合“發(fā)展空間”欄目中有關電冰箱的閱讀材料，提醒學生注意循環(huán)工作物質（R134a等）的物態(tài)變化過程典型地伴隨著工作物質能量的變化：在冷凍室汽化吸熱（使冰箱內溫度降低）；在冷凝器液化放熱（使冰箱外的空氣變熱）。這里的壓縮機相當于教科書中圖5-3-9的酒精燈，沒有它，不可能完成R134a的循環(huán)流動；這里的R134a相當于圖5-3-9中的水，不同的是，圖5-3-9中的水未能循環(huán)流動，而R134a比水更容易汽化、比水蒸氣更容易液化。 自然界中的物態(tài)變化（含熔化和凝固、汽化和液化、升華和凝華）事實上都伴隨著能量的變化，不僅僅限于水的三態(tài)變化。教師應在本節(jié)之末、第4節(jié)和復習課中予以強化。