师:同学们好,这节课我们学习八年级上册第三单元第二节——熔化和凝固。同学们,你们知道自然界中物质有哪几种状态吗?首先来看几幅图片,大家观察到的冰山是水的固态形式,瀑布中的水是液态,湿衣服晾干,水变成了看不见的水蒸气,此时水是以气态形式存在的。其实,自然界中物质常以固态、液态、气态三种形式存在。天气热的时候,从冰柜中拿出的冰一会儿就变成了水,再过一段时间水干了,变成了看不见的水蒸气。在这个过程中,水的状态发生了变化。冰化成水是从固态变成了液态,水变干是从液态变成了气态。随着温度的变化,物质会在固、液、气三种状态之间转变。通常呈固态的铝、铜、铁等金属,在温度很高时也会变成液态、气态,比如铁温度高于1535摄氏度后就变成了铁水。通常呈气态的氧气、氮气、氢气等,在温度很低时也会变成液态、固态,比如氧气温度低于零下183摄氏度时就处于液态,低于零下218摄氏度时就会变成固态。我们把物质各种状态间的变化叫做物态变化。下面我们看一个例题。
我们看到,只有D选项中小雪人流汗,是由固态的雪变成了液态的水,发生了物态变化。A选项中的铁棒只是温度发生了变化,B、C选项中的铁丝、玻璃只是形状发生了变化。所以这一题的答案选D。下面我们就来学习物质固态和液态之间的相互转化。将蜡烛点燃后,大家能观察到什么现象?
生:通过观察,不断有蜡烛油往下流,蜡烛油冷却后又变成了蜡块。
师:这个现象可以说明蜡可以在固态和液态之间相互转化。我们把物质从固态变成液态的过程叫做熔化,把物质从液态变成固态的过程叫做凝固。请同学们思考,物质在什么情况下才会发生熔化和凝固呢?不同物质的熔化规律相同吗?
生:把冰块握在手里,冰块受热一会儿就融化了。将巧克力握在手里,巧克力受热也变软变稀了,所以对固体物质加热,物体温度升高就会熔化。
生:在冰和巧克力熔化时,巧克力先变软再变稀,而冰块熔化变成水时并没有变软的过程。可见不同物质在熔化时,其状态随温度的变化规律不一定相同。
师:要研究这两个问题,我们需要对至少两种物质的熔化过程进行观察,我们选择海波和石蜡进行实验。按照实验探究的一般过程,我们设计了如下环节:提出问题,不同物质在由固态变成液态的熔化过程中,温度的变化规律相同吗?猜想和假设,通过我们刚才的分析,我们可以做出如下猜想,物质熔化过程中需要吸收热量,温度可能会不断上升,不同物质的熔化规律可能不相同。设计实验,分别取适量的海波和石蜡,对它们进行加热,测出加热过程中的温度,观察熔化的情况,根据记录的数据绘制图像,比较二者熔化时温度的变化规律。实验器材,实验装置如图所示,按照自下而上的顺序安装实验器材,有酒精灯、石棉网、烧杯、试管、温度计。我们考虑如果对试管直接加热,会存在受热不均匀的问题,所以我们把盛有海波或石蜡的试管放入盛有水的烧杯中进行加热,这种方法叫做水浴法,目的是为了使物质受热均匀,同时减慢物质的熔化过程,便于观察实验现象和记录温度计示数。石棉网的作用是使烧杯受热均匀。进行实验和收集证据,用酒精灯对烧杯加热,观察海波和石蜡的变化情况以及温度计示数的变化。待海波和石蜡温度升至40摄氏度左右,每隔1分钟记录一次温度计的示数,完全熔化后再记录4 - 5次。我们设计了数据记录表格如下。下面我们首先观察海波的熔化过程。
我们从海波温度达到40摄氏度时开始记录。同学们可以看到,随着加热时间的增加,温度计示数逐渐上升,此时海波为固态。当海波温度达到48摄氏度时,一部分海波开始熔化,一部分仍然为固态,我们把这种状态叫做固液共存态。持续加热,我们发现液态海波越来越多,固态海波越来越少,但温度计示数一直保持48摄氏度,很长时间没有改变,直到全部变成液态。在随后的加热过程中,我们看到液态海波中的温度计示数又逐渐上升。接下来我们再来观察石蜡的熔化过程。
生:石蜡开始熔化,温度上升。随着加热时间的增加,试管中的石蜡先变软再变稀,直到全部变为液态,而温度计示数始终在上升。
师:将刚刚观察到的实验数据汇总填写在表格中。同学们先思考下面的问题,海波在什么情况下才开始熔化呢?熔化过程中海波的温度发生了变化吗?
生:海波当温度达到48摄氏度时才开始熔化,熔化过程中温度不变,这个过程和海波的固液共存状态相对应。
师:这是怎么回事呢?下面我们再来看看海波在48摄氏度时不同时间段的照片。通过这三张图片的对比,我们可以清楚地看到,试管中出现了液态海波,而且液态海波越来越多,固态海波越来越少。原来在这个过程中海波吸收热量、温度不变,发生变化的是它的物态,它在这个过程中由固态变成了液态,这个过程也叫做海波的熔化过程。那么我们能不能用更直观的方法描述海波温度随时间变化的规律呢?在方格纸上建立坐标,以纵轴表示温度,每一小格表示1摄氏度,横轴表示加热时间,每一大格表示1分钟。根据表格中各个时刻的温度在坐标中描点。
生:同学们描出的点是这样的。
师:接下来我们将这些点连接起来,便得到了海波熔化时温度随时间变化的图像。根据海波熔化图像的特征,可将整个过程分为三段,AB段、BC段和CD段。结合实验数据可以看出,AB段海波的状态是固态,这段时间海波吸热,温度不断升高。BC段海波的状态是固液共存态,这段时间海波吸热熔化,但温度保持为48摄氏度。CD段海波完全变为液态,这段时间海波吸热,温度不断升高。
