师:朋友们好,下面开始上课。我们先来看一段视频,勺子是不是很神奇?勺子在热水中为什么会发生融化?这节课我们就来探究其中的奥秘。首先,看一个物理问题,根据视频现象,大家能提出物态变化的问题吗?
生:勺子放入热水前后的物态变化过程是怎样的?
师:很好。要解决这个问题,首先从现象入手。现象是勺子后来变成了金属液体,从物理角度看,这是由固态变成了液态。生活中类似的例子很多,比如雪糕受热后变成雪糕水,冰块受热后变成水。它们现象不同,但从物理角度看,都是从固态变成了液态。在物理学中,我们把物质由固态变成液态的过程叫做熔化。通过这个图片还能发现,蜡变成液态后,降低温度又变成了固态的蜡。类似的,雪糕水降温到一定程度又变成了雪糕,水降温到一定程度变成冰块。这些现象虽然不同,但从物理角度看,都是由液态变成了固态。在物理学中,我们将物质由液态变成固态的过程叫做凝固。通过刚才的分析可知,熔化和凝固是两个相反的过程。如果继续研究熔化,大家还能提出什么问题?
生:物质熔化的条件是什么?物质熔化的过程是否相同?
师:很好。要解决这些问题,我们需要从生活中找经验。比如从冰箱拿出的冰块,并非立即熔化,而是要过段时间,并且它是由固态直接变成液态。蜡烛点燃后,是先由硬变软,后来才变成液体。可见,要研究物质的熔化,至少需要研究两种物质,一种是海波,另一种是石蜡。海波又名硫代硫酸钠,它可以治疗一些皮肤病。石蜡大家就比较熟悉了。根据刚才的分析,我们可以将实验目的具体分为三点:一、探究海波和石蜡熔化时温度的变化规律;二、探究海波和石蜡熔化的条件;三、比较海波和石蜡熔化时的物态变化过程。针对这个实验目的,我们该怎么设计实验呢?请同学们阅读教材15 - 16页内容。
我们先来看一下装置图,认识一下装置。有铁架台、酒精灯、石棉网、试管、温度计。这里需要注意,因为酒精灯加热要用外焰,所以在组装器材的时候,需要遵循从下到上的顺序。认识了装置图,我们还需要思考以下问题:一、在做海波实验时,为什么不用酒精灯直接加热,而要把试管放在有水的烧杯中,再用酒精灯隔着石棉网加热?二、烧杯中的水量多少合适?三、温度计的液泡放在什么位置合适?四、要记录什么数据?怎样记录数据?第一个问题,这样做的目的有两个,一是使海波受热均匀,二是方便我们记录数据。烧杯中的水量要满足两点,一是要使试管中的海波能够完全浸没,二是又不能使烧杯中的水太满。温度计液泡应该与海波充分接触。记录数据方面,我们来看下面图片,需要记录三点:时间,每隔一分钟记录一次;海波的温度;海波的状态。明确了这些之后,下面我们来观看具体实验视频。
观察海波的熔化过程。将装有适量海波的试管放入盛有水的烧杯中,用酒精灯给水加热,进而给试管中的海波加热。这种加热方法叫做水浴法,采用水浴法加热可以使物体的温度变化比较均匀,并且变化得比较慢,便于记录温度。将温度计插入试管后,待温度升到40摄氏度左右开始,每隔大约1分钟记录一次温度,在海波完全熔化后再记录几次数据。
师:好,注意观察温度。(一段时间后)老师从这里也看到了,也记录了一些数据。针对这些数据该如何处理呢?这个表格内容虽然详细,但看起来不太方便,我们可以将其图像化。来看这个图,首先我们把纵坐标用温度表示,从40开始到60就可以。横坐标记录时间,然后进行描点画图,就变成了图示的样子。为了更方便研究,我们将图像分为三段,分别是a、b、c、d。请同学们思考,a、b段温度变化是什么样的?状态如何?B、C段温度怎么样?状态又是如何?C、D段温度怎么样?状态又是如何?
生:AB段原来是固态,吸热后温度升高;BC段吸热温度保持不变,既有固态又有液态,在物理上称为固液共存;CD段为液态,吸热后温度升高。
师:很好。那我们来继续看这个图,b点和c点这两个拐点的意义是什么?
生:b点是熔化的起点,c点是熔化的结束点。
师:b点是什么态呢?
生:是固态,还没有来得及熔化,所以还是固态。
师:c点呢?
生:c点是液态,刚好完全熔化。
师:那熔化时间是多少呢?
生:从7分钟开始到11分钟结束,共经历了4分钟。
师:通过图像我们可以发现海波熔化时温度保持不变,那么是不是所有物质熔化时温度都不变呢?下面我们来看一下石蜡的熔化实验。
(观察石蜡熔化实验,记录数据后)
师:好,按照刚才的方法,我们根据实验现象记录了数据,对这些数据的处理方式也是像刚才那样进行图像化,纵坐标仍然是温度,横坐标是时间,然后进行描点,就成为如图所示的样子。通过图像我们发现,石蜡熔化时并没有出现温度不变的情况。所以并非所有物质熔化时温度都不变。我们把这两个图像放在一起,可以发现有些物质有固定的熔化温度,有些物质没有固定的熔化温度。经过大量实验得出,在熔化过程中具有确定熔化温度的固体称为晶体,这个温度称为它们的熔点。比如48摄氏度是海波的熔点。熔化过程中没有确定熔化温度的固体称为非晶体,非晶体没有熔点。常见的晶体有水晶、石英、各种金属;常见的非晶体有沥青、松香、玻璃。
我们想一想,凝固图像又是什么样的?我们知道晶体熔化和凝固是相反的过程,课下老师利用数据绘制了海波的凝固图像。通过图示可以看到确实和熔化图像恰好相反。我们同样把它分为三段,分别是a、b、c、d。请同学们完成填空。
