初中物理人教八年級(jí)上冊(cè)（2022年更新） 物態(tài)變化第四節(jié) 升華和凝華

第4節(jié)升華和凝華

三維目標(biāo)

知識(shí)與技能

1．知道升華和凝華的概念。

2．知道升華要吸熱，凝華要放熱。

3．知道生活中常見(jiàn)的升華和凝華現(xiàn)象。

過(guò)程與方法

1．組織學(xué)生觀察并利用日常生活中一些常見(jiàn)的現(xiàn)象來(lái)理解升華和凝華的定義。

2．師生共同探究升華和凝華實(shí)驗(yàn)過(guò)程，理解升華吸熱和凝華放熱現(xiàn)象。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀

1．通過(guò)教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生關(guān)心環(huán)境，樂(lè)于探索一些自然現(xiàn)象的物理學(xué)道理。

2．通過(guò)小組活動(dòng)、課堂討論與交流培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和自主學(xué)習(xí)的能力。

教學(xué)重點(diǎn)

升華和凝華的概念，對(duì)升華和凝華現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，知道升華要吸熱，凝華要放熱。

教學(xué)難點(diǎn)

用升華吸熱、凝華放熱來(lái)解釋自然界和生活中的一些現(xiàn)象。

教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)探究、交流合作、討論。

課時(shí)安排

1課時(shí)

課前準(zhǔn)備

碘、熱水、冷水、酒精燈、碘錘多媒體課件等。

eq\o(\s\up7(),\s\do5(教學(xué)過(guò)程))

復(fù)習(xí)導(dǎo)入

(1)自然界中的物質(zhì)常見(jiàn)的存在狀態(tài)主要有哪些？

(2)發(fā)生在固態(tài)和液態(tài)之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程分別叫什么？吸熱還是放熱？發(fā)生在液態(tài)和氣態(tài)之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程分別叫什么？吸熱還是放熱？

思考討論：物質(zhì)能否由固態(tài)直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)或由氣態(tài)直接轉(zhuǎn)化為固態(tài)？

試一試：你能舉出生活中由固態(tài)直接變成氣態(tài)或由氣態(tài)直接變成固態(tài)的例子嗎？

推進(jìn)新課

一、實(shí)驗(yàn)演示：碘的物態(tài)變化

儀器與器材：密封的細(xì)長(zhǎng)玻璃瓶(內(nèi)裝有幾粒碘)，方座支架，試管夾，酒精燈等。

實(shí)驗(yàn)方法：

1．實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，首先觀察密封在玻璃瓶?jī)?nèi)碘粒的外觀。

2．將裝有碘粒座支架的試管內(nèi)夾持好，然后用酒精燈對(duì)玻璃管內(nèi)的碘粒加熱，注意觀察碘粒是否經(jīng)過(guò)熔化再變?yōu)樽仙珰怏w。這時(shí)碘發(fā)生了什么現(xiàn)象？

3．熄滅酒精燈，注意觀察在玻璃管冷卻的過(guò)程中碘蒸氣是否經(jīng)過(guò)液化再變成固態(tài)的碘。這時(shí)碘發(fā)生了什么現(xiàn)象？在容器壁看到了什么現(xiàn)象？

4．通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)隳艿玫绞裁唇Y(jié)論？

5．為什么要用酒精燈加熱，不加熱行嗎？

現(xiàn)象觀察：碘受熱(顏色由黑變紫，碘由固態(tài)變成氣態(tài))和遇冷(顏色由紫變淺，逐漸變黑，瓶壁上有細(xì)小發(fā)亮的晶粒形成，無(wú)液體流下)后狀態(tài)變化情況。

分析論證得出結(jié)論：固體與氣體之間可以直接轉(zhuǎn)化。

二、升華和凝華

1．師生歸納總結(jié)：(板書)

升華：物質(zhì)由固態(tài)直接變成氣態(tài)的過(guò)程叫升華。

凝華：物質(zhì)由氣態(tài)直接變成固態(tài)的過(guò)程叫凝華。

2．學(xué)生思考并交流討論：升華過(guò)程需要吸熱還是放熱？凝華過(guò)程需要吸熱還是放熱？

可用實(shí)驗(yàn)演示：教師要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明自己的猜想。

為使現(xiàn)象明顯，教師用酒精燈加熱燒瓶中的碘。

(1)微微加熱，紫色蒸氣出現(xiàn)后進(jìn)行觀察。提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考：紫色蒸氣是從哪里來(lái)的？

(2)移開(kāi)酒精燈，紫色蒸氣失，酒精燈加熱，紫色蒸氣又重新出現(xiàn)，蒸氣上升而消失。提問(wèn)：紫色蒸氣的產(chǎn)生是放熱所致，還是吸熱所致？蒸氣上升消失到哪里？

(3)移開(kāi)酒精燈待蒸氣消失后，取下燒瓶，讓學(xué)生看燒瓶底部，有一層碘的晶體。提問(wèn)：這層紫色物質(zhì)是什么？是從哪里來(lái)的？為什么會(huì)產(chǎn)生這層物質(zhì)？

學(xué)生交流結(jié)果，處理信息：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碘可以由固態(tài)直接變成氣態(tài)，此時(shí)要加熱；也可以由氣態(tài)直接變成固態(tài)，此時(shí)沒(méi)有加熱，而是對(duì)外放熱。

學(xué)生討論并歸納總結(jié)：升華過(guò)程需要吸熱；凝華過(guò)程需要放熱。升華和凝華是互逆過(guò)程。

活動(dòng)體驗(yàn)：碘與指紋破案：

在偵破案件時(shí)，常常需要紋，下面請(qǐng)大家模仿做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，用酒精燈加熱(宜小火以減緩碘升華的速度)燒杯(先用玻璃片蓋住)中的碘顆粒，待燒杯中出現(xiàn)紫色氣體時(shí)，將玻璃片拿去，用按有指紋(但看不見(jiàn))的白屏靠近燒杯口并不斷來(lái)回移動(dòng)，注意觀察白屏上有沒(méi)有指紋顯現(xiàn)出來(lái)。請(qǐng)同學(xué)們動(dòng)手做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)一回小小偵探家。學(xué)生利用課桌上的器材，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。不少學(xué)生驚呼指紋能顯示出來(lái)，臉上露出了笑容。(教師要求學(xué)生課后通過(guò)查找資料，解釋提取指紋的道理。)

3．知識(shí)遷移，學(xué)會(huì)運(yùn)用

學(xué)生舉例，交流

讓學(xué)生舉出日常生活或自然現(xiàn)象中有關(guān)升華和凝華的現(xiàn)象，師生、生生共同交流，統(tǒng)一看法，對(duì)學(xué)生的舉例、積極參與給予鼓勵(lì)，同時(shí)教育學(xué)生要注意觀察日常生活中的霜、冰花、舊燈泡內(nèi)壁上的黑色物質(zhì)，分別判斷出屬于什么物態(tài)變化。(如雪、冰雹的形成，冰凍衣服也會(huì)干，積雪未熔化，但一天比一天少，衛(wèi)生球逐漸變小、消失、有氣味等)

(1)升華現(xiàn)象：①冬天，冰凍的衣服也能晾干；②衛(wèi)生球變小；③用久了的燈絲變細(xì)。

(2)凝華現(xiàn)象：①冰棒表面的“白粉”；②寒冬的夜晚，窗戶玻璃內(nèi)表面上的冰花；③用久了的燈泡變黑(先升華后凝華)。

【拓展】

干冰及其應(yīng)用

干冰，雖然它的名字帶著和水結(jié)成的冰沒(méi)有什么關(guān)系，事實(shí)上它是由無(wú)色的氣體——二氧化碳形成的。如果把二氧化碳裝在一個(gè)鋼瓶里，再加壓，它就會(huì)變成和水一樣的液體了，如果溫度再低一些，那么二氧化碳就會(huì)變成白色的、好似雪花一樣的東西，這就是干冰。這種固體不經(jīng)熔化就可直接變成氣體，這大概是大家叫它干冰的原因吧。干冰的溫度可達(dá)－℃，由于干冰溫度很低，它急劇升華的時(shí)候，會(huì)使周圍的溫度迅速降低，空氣里的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)成霧。攝影棚里的云霧繚繞的景象就是利用這個(gè)原理形成的。

干冰具有良好的制冷作用，因此可以，干冰可以用于人工降雨，悶熱的夏天有時(shí)遲遲不下雨，這種情況下就可將裝有干冰的炮彈射到烏云密布的天空，不一會(huì)兒大雨就傾盆而下。

仔細(xì)觀察下圖并作出解釋

固態(tài)的二氧化碳(干冰)，它是將二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行壓縮、冷卻而成的，溫度可達(dá)零下℃，如果將它放在空氣中，會(huì)長(zhǎng)出如圖的冰狀胡須。

解析：固態(tài)的二氧化碳在空氣中發(fā)生升華現(xiàn)象時(shí)，吸收了周圍空氣中的熱量，周圍空氣中的水蒸氣熱量被吸后，就發(fā)生了凝華現(xiàn)象。

【多媒體展示】用干冰人工降雨的過(guò)程。

具體過(guò)程：

干冰進(jìn)入云層，氣體，并從周圍吸收大量的熱，使空氣的溫度急劇下降，于是高空中的水蒸氣液化成小水珠，這些小水珠逐漸變大就形成雨落了下來(lái)。

讓學(xué)生解釋人作出評(píng)價(jià)并統(tǒng)一觀點(diǎn)，這里干冰到雨經(jīng)歷了三個(gè)物態(tài)變化的過(guò)程，一是干冰的升華降溫；二是水蒸氣遇冷凝華成小冰晶；三是小冰晶下落遇到熱的氣流熔化成小水珠，小水珠越結(jié)越大，小水珠的重力大于上升氣流產(chǎn)生的浮力時(shí)，水珠下落到地面就形成雨。指出干冰易升華吸熱還可用來(lái)：①給食品降溫，②在舞臺(tái)上制造“白霧”等。

舞臺(tái)“白霧”：舞臺(tái)上噴撒的周圍空氣中吸收大量的熱，從而使空氣中的水蒸氣遇冷液化成小水滴，這些小水滴懸浮在空中就形成了我們看到的所謂“白霧”。廣泛用于舞臺(tái)、劇場(chǎng)、影視、慶典等制作放“煙”效果。

制冷防腐：當(dāng)用火車運(yùn)載鮮魚在鮮魚的旁邊，起制冷防腐的作用。干冰外表像冰，可作為防腐劑，它比冰優(yōu)越得多。干冰熔化時(shí)不會(huì)像冰那樣變成液體，它全部升華，四周干干凈凈。干冰冷卻的溫度比冰低得多，而且干冰升華后產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，能抑制細(xì)菌的繁殖生長(zhǎng)。

常見(jiàn)的自然現(xiàn)象

提出問(wèn)題：自然界中霧、露、云、霜、雪、雹是常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，那么它們是怎么形成的？

討論交流：學(xué)生分組思考，討論。

(1)露是在天氣較熱的時(shí)候，空氣中的水蒸氣于清晨前遇到溫度較低的樹(shù)葉、花草等，液化成小水珠附著在它們的表面上，這是一種液化現(xiàn)象。

(2)霧和云的情況相同在空氣中遇冷液化成為小水珠，這些小水珠懸浮在空氣中，在地面附近稱為霧，在高空處則稱為云，因此霧和云都是水蒸氣液化現(xiàn)象，不是冰的熔化現(xiàn)象。

(3)霜是在地表的水蒸氣遇到攝氏零度以下的溫度，直接凝化為固體。

(4)雪是天氣較冷的時(shí)候，空氣中的溫度低于零攝氏度，水蒸氣在空中凝華成固態(tài)，為六角形的冰晶(叫雪花)，在飄降時(shí)相互結(jié)合形成雪片或雪團(tuán)。

(5)雹是冰球，它的形成較復(fù)雜，云中的水珠被上升氣流帶到氣溫低于0℃的高空，凝結(jié)成小冰珠，小冰珠在下落時(shí)，其外層受熱熔化成水，并彼此相結(jié)合，使冰珠越來(lái)越大，如果上升氣流很強(qiáng)就會(huì)再升入高空，在其表面凝結(jié)一層冰殼。經(jīng)過(guò)多次上下翻騰，能結(jié)合成較大的冰珠，當(dāng)上升氣流托不住它時(shí)，冰珠就落到地面上，形成冰雹。

思考題：俗話說(shuō)“霜前冷，雪后寒”，試用所學(xué)的有關(guān)知識(shí)加以解釋。

因?yàn)樗强諝庵械乃魵饽A成華過(guò)程要放熱，而水蒸氣能夠向空氣中放熱的條件是氣溫低于水蒸氣溫度，故只有在足夠低的氣溫下，水蒸氣才會(huì)凝華成霜，因?yàn)橄滤獣r(shí)氣溫較低，人常感到冷。下雪天氣溫度本來(lái)就低，下雪后，雪在熔化時(shí)要向周圍空氣吸熱，而使本來(lái)較低的溫度進(jìn)一步下降，因而雪后寒。

學(xué)生自由閱讀：STS“水循環(huán)”

提出要求：(1)能夠用水的三態(tài)變化解釋自然界的一些水的循環(huán)現(xiàn)象，總結(jié)水的三態(tài)循環(huán)規(guī)律。

(2)完成課本圖水的三態(tài)聯(lián)系填空。

(3)思考問(wèn)題：水為何珍貴？水能為人類做些什么？破壞水資源會(huì)給人類帶來(lái)哪些危害？我們應(yīng)該怎么辦？

(4)對(duì)自己家里的用水進(jìn)天用水情況(估計(jì))，洗衣用多少水，洗澡用多少水，抽水馬桶用多少水等等，準(zhǔn)備采取哪些措施節(jié)約用水？預(yù)測(cè)在實(shí)施過(guò)程中會(huì)有哪些困難，如何克服？如果完成實(shí)施后每月能夠節(jié)約多少水？可以寫成簡(jiǎn)單的調(diào)查報(bào)告。

eq\o(\s\up7(),\s\do5(教學(xué)反思))

升華和凝華是物態(tài)變化中的一組現(xiàn)象，與前面學(xué)習(xí)的四種現(xiàn)象一起構(gòu)成完整的物態(tài)變化體系。盡管升華和凝華現(xiàn)象并不少見(jiàn)，但不易被學(xué)生注意，而且氣體不易看見(jiàn)，難以直接觀察到。本節(jié)課的設(shè)計(jì)力求從生活和實(shí)驗(yàn)出發(fā)，利用學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和直接經(jīng)驗(yàn)，輔以多媒體課件呈現(xiàn)一些不太常見(jiàn)的現(xiàn)象，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了多種多樣的情境，實(shí)驗(yàn)激趣，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，充分讓學(xué)生觀察、實(shí)踐、思考、動(dòng)口，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，能夠讓學(xué)生學(xué)得輕松愉快，不同程度的學(xué)生都得到了提高。

規(guī)律總結(jié)：

本課主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和分析論證和凝華的概念、規(guī)律及其應(yīng)用，大家不僅學(xué)到了物理知識(shí)本身，還學(xué)到了一些科學(xué)研究方法，感受了物理知識(shí)的科學(xué)價(jià)值。

eq\o(\s\up7(),\s\do5(板書設(shè)計(jì)))

第4節(jié)升華和凝華

eq\o(\s\up7(),\s\do5(備考資料))

生活、生產(chǎn)、科技與物態(tài)變化過(guò)程中的吸熱

自然界中的物質(zhì)在固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)三種狀態(tài)存在，物質(zhì)的這三種狀態(tài)在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中伴隨著吸熱或放熱現(xiàn)象，吸熱的物態(tài)變化有熔化吸熱、汽化吸熱、升華吸熱。在生活、生產(chǎn)、科技中物態(tài)變化吸熱現(xiàn)象有什么應(yīng)用呢？

1．物質(zhì)的熔化吸熱的應(yīng)用

向可樂(lè)飲料中加冰塊會(huì)使飲料變得更清涼：夏天，我們?cè)诤蕊嬃系臅r(shí)候，常會(huì)在飲料中放入一些冰塊，冰塊在熔化時(shí)，要吸熱，使飲料變的清涼可口。

冰的熔化冷藏：儲(chǔ)存食品時(shí)利用冰熔化吸熱，使食品降溫，防止食品腐爛變質(zhì)。

化雪冷：俗話說(shuō)“下雪不冷，化雪冷”?；r(shí)發(fā)生的物態(tài)變化是熔化，冰熔化時(shí)吸熱，使得氣溫降低，所以人會(huì)感到冷。

發(fā)射衛(wèi)星的火箭頭部涂了一層保護(hù)火箭：用來(lái)發(fā)射衛(wèi)星的火箭在大氣中飛行時(shí)，由于火箭頭部與空氣摩擦使它的頭部發(fā)熱，溫度可達(dá)幾千攝氏度。在它的頭部涂了一層特殊材料，這種材料受熱很容易熔化、汽化吸收箭頭與空氣摩擦產(chǎn)生的熱，可以避免火箭因高速運(yùn)動(dòng)時(shí)與空氣作用產(chǎn)生的高溫而被毀壞的危險(xiǎn)。

另外，高燒病人用冰塊降溫，夏天吃冰棒解熱，冰鎮(zhèn)啤酒都是利用冰的熔化吸熱。

2．物質(zhì)的汽化吸熱的應(yīng)用

夏天天熱時(shí)向地上灑水會(huì)感到?jīng)隹欤涸诘厣蠟⒘怂舭l(fā)需要吸收熱量，水蒸發(fā)吸熱有降溫制冷作用，故天熱時(shí)向地上灑水會(huì)感到?jīng)隹臁?/p>

夏天天熱，洗把臉就感到?jīng)隹欤合戳四樅螅樕嫌兴?，水蒸發(fā)需要吸收熱量，水蒸發(fā)吸熱有降溫制冷作用，所以夏天天熱，洗把臉就感到?jīng)隹臁?/p>

擦酒精為中暑病人緩解癥狀：酒精，酒精容易蒸發(fā)，蒸發(fā)需要吸收熱量，蒸發(fā)吸熱有降溫制冷作用，酒精蒸發(fā)快，從病人身上帶走熱量快，使中暑病人緩解癥狀。

夏天用電風(fēng)扇吹風(fēng)感到?jīng)隹欤寒?dāng)夏天使用電風(fēng)扇的時(shí)候，電風(fēng)扇的工作，加快了室內(nèi)空氣的流動(dòng)，因而加快人體汗液的蒸發(fā)，蒸發(fā)需要吸收熱量，故人們會(huì)感覺(jué)到?jīng)鏊?/p>

沙漠羊皮袋：在沙漠里旅行的人，常來(lái)裝水，由于羊皮袋中的水不斷地滲出，然后蒸發(fā)，蒸發(fā)吸熱有降溫制冷作用，使袋中的水溫度較低，雖然氣溫較高，但是水喝起來(lái)清涼可口。

夏天食物放在水缸中防變質(zhì)冰箱的農(nóng)村家庭，為了防止飯菜變質(zhì)，常把飯菜放入菜盆，再把菜盆放入水缸中，讓菜盆浮在水面上。由于水缸中的水不斷蒸發(fā)吸熱，使水缸內(nèi)的溫度降低，從而使飯菜的溫度降低，不至于使飯菜變質(zhì)。

手術(shù)麻醉：醫(yī)學(xué)上有一種麻醉它是一種透明、沸點(diǎn)為℃的液體，使用時(shí)，將容器口對(duì)準(zhǔn)需手術(shù)部位噴出，噴出的四氯乙烷迅速汽化吸熱降溫使需手術(shù)部位冷凍，使需手術(shù)部位麻醉，從而進(jìn)行手術(shù)。

冰箱制冷：目前常用的電冰箱利作為熱的搬運(yùn)工，把冰箱內(nèi)的熱搬運(yùn)至冰箱的外面，制冷劑是一種既容易汽化又容易液化的物質(zhì)，汽化時(shí)它吸熱，就如搬運(yùn)工把包裹扛上了肩，液化時(shí)它放熱，就如搬運(yùn)工把包裹卸了下來(lái)。工作時(shí)，制冷劑經(jīng)過(guò)一段很細(xì)的毛細(xì)管(冷凝器)緩慢地進(jìn)入冰箱內(nèi)冷凍的管子(蒸發(fā)器)，在這里進(jìn)行迅速汽化吸熱，使冰箱內(nèi)溫度降低。生成的蒸氣又被電動(dòng)壓縮機(jī)抽走，壓入冷凝器，再次液化并把從冰箱內(nèi)帶來(lái)的熱通過(guò)冰箱壁上的管子放出，制冷劑這樣循環(huán)流動(dòng)，冰箱內(nèi)冷凍室里就可以保持相當(dāng)?shù)偷臏囟??？照{(diào)的制冷也是這個(gè)道理。

熱棒：2023年7月1日，青藏鐵路全線貫通。鐵路要通過(guò)“千年凍土”區(qū)，“凍土”區(qū)路基在溫度過(guò)高時(shí)會(huì)變得松軟不牢固。為解決“凍土”難題，保證路基的穩(wěn)定性，采取了防護(hù)措施，鐵路路基兩旁各插有一排碗口粗細(xì)、高約2米的鐵棒，我們叫它熱棒。熱棒在路基下還埋有5米深，整個(gè)棒體是中空的，里面灌有液氨。裝在熱棒下端的液態(tài)氨在溫度升高時(shí)會(huì)汽化，從路基內(nèi)部吸熱，使路基溫度降低，路基的溫度保持在一個(gè)較低的溫度，不至于使路基變得松軟不牢固。

熱管：熱管是20世紀(jì)80年代研制出來(lái)的一種導(dǎo)熱本領(lǐng)非常強(qiáng)大的裝置。熱管是一根兩端封閉的金屬管，管的內(nèi)壁襯了一層多孔的材料，叫做吸收芯，吸收芯中充有酒精或其他易汽化的液體，當(dāng)管的一端受熱時(shí)，熱端吸收芯中的液體受熱汽化變成氣體，氣體沿內(nèi)管運(yùn)動(dòng)到另一端(冷端)。而冷端由于未受熱，溫度低，氣體就會(huì)因放熱而液化，被冷凝的液體又被