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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(xué)過程 本節(jié)安排三個教學(xué)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(xué)板塊按照邏輯順序安排以下幾個層次：通過觀察，讓學(xué)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(guān)系；實驗探究水沸騰的溫度與氣壓的關(guān)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。“開水不響，響水不開”也許是學(xué)生很小就學(xué)來的判斷水是否“開”了的依據(jù)。很多學(xué)生擁有豐富的生活經(jīng)驗，但并未認(rèn)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(guān)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(gòu)造水沸騰過程的真實情境，激勵學(xué)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(rèn)實驗探究問題。 學(xué)生探究的問題，應(yīng)達成某種共識，例如，探究水沸騰與溫度的關(guān)系，但也應(yīng)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(xué)生進一步認(rèn)識沸騰現(xiàn)象和汽化現(xiàn)象、形成對多種現(xiàn)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(xué)中賦予它應(yīng)有的地位。 除了在表現(xiàn)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(yīng)納入教學(xué)視界。或回顧小學(xué)《科學(xué)》，或組織學(xué)生討論（餐廳洗手間安裝的熱風(fēng)干手器就是一個好例子），甚至組織相應(yīng)實驗探究，應(yīng)視學(xué)生知識和經(jīng)驗基礎(chǔ)決定。 本段教學(xué)設(shè)計應(yīng)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。“為了使洗過的衣服干得快些，可以采用哪些措施？”就是一個適當(dāng)?shù)膶?dǎo)入話題。 （2）遷移探究固體熔化規(guī)律的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，在燒水過程中直接觀察水的沸騰現(xiàn)象，從而探究發(fā)現(xiàn)沸騰的特征和規(guī)律，應(yīng)成為課堂教學(xué)中的“轉(zhuǎn)知成識”、“轉(zhuǎn)識成智”的良好契機，同時成為教師引領(lǐng)學(xué)生設(shè)計實驗和進行實驗的指南。 教師還應(yīng)提醒學(xué)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(guān)記錄），更要注意安全，避免燙傷。 （3）在學(xué)生得出水沸騰的溫度和加熱時間的關(guān)系曲線后，應(yīng)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(jié)論是否可推廣到所有液體？為了檢驗?zāi)愕呐袛啵阏J(rèn)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(shù)據(jù)和水沸騰曲線學(xué)生可以認(rèn)識到水有確定的沸點。鑒于沸點與氣壓的關(guān)系在生產(chǎn)技術(shù)和日常生活上的重要應(yīng)用（壓力鍋就是一個典型），引導(dǎo)學(xué)生探究水的沸點溫度與氣壓的關(guān)系，十分必要。 移開熱源，停止對水加熱，沸騰則停止，這是學(xué)生已經(jīng)親歷的事實。要探究水沸騰的溫度與氣壓的關(guān)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(yīng)溫度。 如何改變液面上方的氣壓，這是設(shè)計實驗中的難點和關(guān)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(xiàn)“復(fù)沸”，要么安全性差，要么設(shè)備繁雜，而且推理解釋復(fù)雜，因而不適于學(xué)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(xiàn)“復(fù)沸”，不僅效果明顯、設(shè)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(xué)生完善探究設(shè)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(guān)，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(xué)生的設(shè)計方案可以有多種，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生討論方案的可行性，使他們在選擇中學(xué)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(nèi)的氣壓改變更明顯？在這方面學(xué)生的知識準(zhǔn)備不足，例如，有關(guān)氣體體積與壓強的關(guān)系尚不了解，教師應(yīng)心中有數(shù)。比如，大試管內(nèi)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(fù)沸”現(xiàn)象時，應(yīng)在停止沸騰后立即著手進行，水溫大致在80℃～90℃；考察“止沸”現(xiàn)象時，應(yīng)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(dǎo)學(xué)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(xué)操作可以著手于以下兩個方面。 （1）水蒸氣液化成水的現(xiàn)象，學(xué)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(xué)中調(diào)動學(xué)生的經(jīng)驗積累，引導(dǎo)他們關(guān)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(xiàn)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(xué)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(xué)發(fā)展的縮影，也是科學(xué)技術(shù)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的典型。極低溫度的獲得，真空技術(shù)的提高，熱力學(xué)第三定律的發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)、超流和完全抗磁性的發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)電性的唯象和微觀理論，高溫超導(dǎo)材料的研究……都與氣體的液化直接或間接有關(guān)。教師應(yīng)利用各種文本資料，展現(xiàn)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(xué)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(xué)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(xué)家卡末林昂內(nèi)斯（H.K Onnes，1853－1962）領(lǐng)導(dǎo)的低溫實驗室使最后一種“永久氣體”——氦實現(xiàn)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(nèi)等人的工作，除了氫、氧、氮等幾種氣體外，當(dāng)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(xiàn)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(xiàn)形式是吸放熱。本板塊的教學(xué)應(yīng)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(xué)生已有實驗經(jīng)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(shù)有什么變化？在手背上涂些酒精，感受如何？對此，學(xué)生更有足夠的經(jīng)驗基礎(chǔ)。 氣體液化放熱的現(xiàn)象，學(xué)生雖有感悟，但體會欠真切，因此有必要組織學(xué)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(yīng)認(rèn)真組織好學(xué)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(dǎo)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(zhuǎn)化這一物理現(xiàn)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(chǔ)上，教師應(yīng)結(jié)合“發(fā)展空間”欄目中有關(guān)電冰箱的閱讀材料，提醒學(xué)生注意循環(huán)工作物質(zhì)（R134a等）的物態(tài)變化過程典型地伴隨著工作物質(zhì)能量的變化：在冷凍室汽化吸熱（使冰箱內(nèi)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(dāng)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(dāng)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(yīng)在本節(jié)之末、第4節(jié)和復(fù)習(xí)課中予以強化。