第1节 地球上水的物态变化一、本节三维目标要求 1．知识与技能 Ø 认识水的三种物态。 Ø 了解水的汽化和液化、熔化和凝固、升华和凝华。
Ø 了解地球上的水循环现象。 Ø 了解水对人类生命的意义。 2．过程与方法 Ø 在观察中尝试发现问题、提出问题。 Ø 通过观察图片或视频、实验探究、查询资料，认识自然界形形色色的水。 3．情感态度与价值观 Ø 感知水的三种状态及其相互转化，欣赏大自然中水的物态变化的妙斧神工。 Ø 关注水资源危机，养成节水意识和保护水资源意识。二、重点与难点本节的重点是设计学生参与的水的三态变化的模拟情境。本节的难点是水循环中的物态变化。三、教学实施建议（一）教学过程本节安排三个教学板块：（1）认识水的物态变化；（2）地球上的水循环；（3）大自然中水的物态变化。 1．认识水的物态变化学生对水的固（冰、雪、霜、雹）、液（水流、雨露）、气（水蒸气）态虽不陌生，但并未认真研究和系统观察。教学设计宜从章首图和常见的天气现象导入课题，着力设计好模拟云和雨的小实验，使学生得以亲历和观察水的物态变化。伴随实验观察进程，适时指明观察点和思考问题，诸如： ·给烧杯加热过程中，你在杯口盘子底面看到了什么？ ·为什么要给烧杯加热？为什么在杯口盖着的盘子里放些冰块？ ·为什么在大烧杯里铺一层饱含水分的湿沙？换用别的东西，例如冰块，行吗？ ·烧杯上方出现的朦胧“白雾”说明什么问题？依据教学需要，亦可在本实验前补充加热冰块的小实验：在烧杯中放少许冰块，加热，直至烧干。使学生感悟水由固态到液态再到气态的变化。由此导入本实验。本实验的湿沙亦可换为冰块。对酒精灯的使用方法和注意事项，教师应做出示范并强调以下几点： ·绝对禁止用一只酒精灯去引燃另一只酒精灯。 ·酒精灯的外焰温度最高，应该用外焰去加热。 ·熄灭酒精灯时，必须用灯帽盖灭，不能吹灭。 ·万一洒出的酒精在桌上燃烧起来，不要惊慌，应立即用湿抹布扑盖。类似模拟造“冰”、造“雨”、造“雪”、造“霜”、造“露”等活动，还应布置到课处活动中。对水的物态变化应在本板块末推广到整个物质世界，以利后续教学。教师应依托学生已有的生活经验和对冰——水——水蒸气——水——冰转换的实验探究，引导学生把生活经验跟水的物态变化结合起来，再由小范围内水的物态变化扩展到地球上、自然界中的水循环，启发学生想象出地球上水的“旅行”图景，进而激发他们升腾起疑问：水为什么会在自然界中循环？既然循环不已，为什么还存在水资源危机和缺水？水的三态转化需要什么条件？…… 2．地球上的水循环 本板块实施过程需借助有关地球上水循环的模型、图片、课件、网上资源等，展示丰富多彩的水的物态变化的的信息，使学生确认水的三种状态不断地相互转化的过程关乎万物生存和人类的发展。 3．大自然中水的物态变化本板块设计意在展示大自然中水的物态变化创造了自然界的神奇、壮观、瑰丽和生机。教师应引导学生“读懂”大自然向我们“讲述”的水的物态变化的“故事”。在上面教学中，教师要有意识地渗透情感教育目标，引导学生敬畏地球上的水循环，欣赏大自然中水的物态变化所创造的“杰作”，关爱水的生态系统，形成爱水、节水意识和水资源危机意识。活动中可以提供如下设想供学生讨论：若水的三态变化停止，人类的生活将变成怎样？（二）材料准备与实验设计 1．学生的实验材料准备冰块（由实验室用电冰箱冷冻室统一制备）、酒精灯或无烟腊、烧杯、试管等。图5-1-1 图5-1-2 2．实验设计（1）考查水的循环过程把一些水加热，使它的温度接近于沸点。然后将这些水倒入一个玻璃杯里，并且转动杯子使杯中所有表面都沾湿水。在一个圆底的烧瓶中倒进一些冰水，再将烧瓶放在玻璃杯口上，让烧瓶倾斜一个角度(见图5-1-1)。从热水中蒸发出来的水(湿气)会凝结在烧瓶的冷表面上，而形成细小的水滴落回水杯之中。这样，就实现了蒸发、冷凝和降雨的一个循环过程，这跟自然界中降雨循环过程类似。（2）碘的升华和凝华：在试管里放少量的碘，对试管微微加热（图5-1-2），注意观察碘的状态有什么变化．停止加热，仍注意试管中碘的状态变化。（2）霜的形成：在试管中盛一些冰和盐的混合物，过一会可以看到在试管外壁上有一层薄薄的霜（3）电冰箱里的实验：冰箱里的霜；水的凝固过程；冰箱中的水蒸气来自何处？“雾”的形成；“露”的形成等。四、发展空间 1．“自我评价”参考答案（1）屋顶积雪因吸热而融化为水，顺屋檐下流；下流过程中因周围大气吸热而结冰；这情况相继发生，形成上粗大、下尖细的冰锥。这种天气现象常发生在我国北方天气晴朗但气温低于0℃的冬季。（2）将在冰箱中冷却的金属块取出后，由于夏天外界气温偏高，金属块将吸热，使其周围空气中的水蒸气遇冷而在其表面液化并聚集为小水滴，擦干后很快又形成，直到金属块与周围环境温度相同。 2．“家庭实验室”指导 太阳能净水器的创意很好。被污染的水将因吸收太阳能加快蒸发（汽化），至温度罩水蒸气遇冷凝结成洁净水滴，然后经漏水托盘汇集到收集杯中。这里有两点需要注意：（1）周围气温要低于罩内，且空气流通，以加快净化水的速率。（2）相对漏水托盘，污染水杯口径要小，以减少凝结后的洁净水滴重返染水杯，增加净水产生率。以上两点注意，可转化为问题，由学生自主探究。此外，以下两种净化水的方案可以提供给学生作为小实验内容（其中前一个模拟自来水净化过程，后一个模拟饮水机净化过程）。 ①在烧杯中加入100mL浑浊的河水（湖水、池水、井水等），然后加入少量明矾粉末，搅拌后静置，观察现象。提示学生思考：将明矾倒入河水中，能使河流变清澈吗？再将滤纸折好后放入漏斗。漏斗下接另一烧杯。将烧杯上层澄清的水倒入漏斗，将滤液收集到下方烧杯中。向过滤后的水中加几滴新配制的漂白粉溶液。水会有什么变化？ ②在一个较大的饮料瓶底部穿一个小孔，在瓶内底部垫一些棕榈丝之类的透水纤维，再将干净的沙、小石块分层放入瓶中，最上面再放几层透水纤维，做成一个简易滤水器。将洗过菜或淘过米的水倒入滤水器中过滤，收集从瓶底小孔流出来的水，看有什么变化？ 3．“物理在线”和“走向社会”指导 （1）组织学生交流湿地资源，应围绕“为什么湿地被誉为‘地球的肺’”这一主题，讨论湿地对平衡水的三态变化的重要作用。（2）关于保护水资源，可组织学生查找相关资料、图片或下载网上信息，并按以下主题整理信息，准备交流和讨论： ①水能为人类做些什么？ ②水为什么是宝贵的资源？ ③破坏水资源会给人类带来哪些危害？我们应该怎么办？五、教学资源（一）课件 1.地球上的水循环（见“教师备课系统”光盘）（二）教学视频 1.保护水资源（见“教师备课系统”光盘）（三）参考资料 1.物质的形态当大量的微观粒子在一定的温度和压力下相互集聚为一种稳定的结构状态时，就叫做“物质的—种状态”，简称物态。一般说来，任何一种物质，在不同的温度、压力和外场(如引力汤、电场、磁场等)影响下将呈现不同的物态。有时一种物质在某种温度和压力下，有几种不同的物态同时存在，从而把整个物体分为几个均匀的部分，每个均匀部分称为一个“相”。这时，每一种物态就是一个相。同一种物态下也有可能同时存在若干个“相”的情形。在本世纪以前，人们还只能从物体的宏观特征来区别物质的状态；一切具有固定形状和体积，又不易形变的物态叫固态；物体具有一定体积但外形随容器而变，且易于流动的状态叫液态；若物体的形状和体积均随容器而变，容器敞开时，物质粒子就逃之夭夭，这种状态就是气态。人们常说“物质有三态”，就是指一种物质能以固体、液体或气体出现。但从物质内部的结构来考虑，就远不止三态了。有些固体，内部的分子或原子以规则、对称、周期性的结构状态出现，叫结晶态。另一些所谓固体，如玻璃、沥青、电木、塑料等等，虽然在常温常压下也具有固定的体积和外形，也不明显地表现出流动性，但内部结构却更像液体，这种状态叫玻璃态。不少有机物质，介于液态和晶态之间，存在一种既具有流动特性，又具有某些类似晶体的光学性质，这种物态被称为液晶态或介晶态。气体被加热至万度以上高温或被辐时之后，原子可能会电离，整个气体将成为带正电的离子和带负电的电子所组成的集合体，而且正负电量相等，这两种离子的集聚状态叫等离于态。如果使物体处于极低温度条件下，例如在绝对零度以上若干度，某些金属的直流电阻将趋近于零，这叫做超导态。在极低温下，有的液体(如液态氦)的粘滞性也完全消失，便叫做超流态。另一方面，也可通过改变压力来改变物质的状态，例如在巨大的压力下，氢可以转变成具有金属特性的固态，叫金属氢态。以上这些物态都是我们生活中或实验室里能够得到的物质状态。如果压力和温度继续住上增高，那将是个什么结果呢？天文学家已发现，在离地球很远的太空中，有一种质量大而体积小的恒星，叫白矮星，其内部的压力和温度大得使物质原子的所有电子都脱离了原于核而成为自由电子，并使所有光身的原子核像晶体那样，高度紧密、规则地堆砌起来，自由电子则在其间混乱地运动着，由于其密度很高，便称为超固态。还有另一种恒星，其内部的温度和压力远远超过白矮星的温度和压力，在强大的压力下，把原子核外的所有电子都“挤”进原子核里与质子结合成中子，而且大部分原于核不再维持其原有的结合状态，因此星球外壳的物质几乎变成了由中子组成的流体，其密度也大大越过白矮星的密度，这种高密度物态叫中子态，故这种恒星叫中子星。但中子态还不是密度最高的物态，科学家们认为，可能存在一些密度更高的物态，如超子态、反常中子态、黑洞或白洞等等，并且在理论上已计算出这些物态能够稳定存在的条件。不管是低密度还是高密度物态，虽都是由各种实物粒子集聚而成的，但人们在研究物质的性质时往往把大多数物态作为连续体看待，这仅是处理问题的一种近似方法而已。即使是无实物占据的真空也并非空无一物，而是充满着我们无法直接察觉的“负能量”粒子的空间，形成一个广阔无边的真空海洋，所以真空也是物质存在的一种形态。现在已发现大多数基本粒子都存在质量相等而电磁性或其它一些物理性质相反的粒子，叫做反粒子，如反质子、反中子等等。于是科学家们推测，也许存在一个由“反粒子”组成的“反世界”，那里物质的状态与我们现在所处的“正”世界物态应当一一对应，统称为反物质态。总之，从物质的宏观外形及是否容易形变等特征来看，我们说物质有固液气三态。而从物体内部结构特征来看，实际上存在更多的物态。而且随着科学的发展，人类对物质的认识将愈加深入，必会有新的物态发现。（冯端《物态》） 2.巨型"水轮"一一水循环 地球上的水连续不断地变换地理位置和物理形态(相变)的运动过程，称水分循环，又称水循环或水文循环。水的三态转化特性是产生水分循环的内因，太阳辐射和重力作用则是水分循环的动力。根据水分循环的过程，自然界的水分循环可分为大循环和小循环两种类型。大循环，就是从海洋上蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，在适当的条件下凝结，又以降水的形式降落到地表，一部分降水可被植被拦截或被植物散发;降落到地面的水可以形成地表径流;渗入地下的水一部分以表层壤中流和地下径流形式进人河道，成为河川径流的一部分;贮于地下的水，一部分上升至地表供蒸发，一部分向深层渗透，在一定的条件下溢出成为不同形式的泉水;地表水和返回地面的地下水，最终沿着江河水系或地下水系而注入海洋。这样，就完成了地球上的水分大循环，又称海陆水循环或全球水循环(图5-1-3)。图5-1-3 小循环，又分为两种:一是海洋小循环，就是从海洋表面蒸发的水汽，在海洋上空成云致雨，然后再降落到海洋表面上，这样的局部水分循环过程，称为海洋小循环;一是陆地小循环，就是从陆地表面蒸发的水汽，在内陆上空成云致雨，然后再降落到大陆表面上，这样的局部水分循环过程，就叫陆地小循环。大循环是由许多小循环组成的复杂过程，从海洋蒸发的水汽，其中一部分被气流带至大陆上空，遇冷凝结降雨，在海洋边缘地区部分降雨形成径流返回海洋，部分水汽则蒸发上升，随同海洋输送来的水汽再向内陆输送，至离海洋更远的地方，凝结降雨，然后再蒸发到上空气团中去，这样愈向内陆水汽愈少，直至远离海洋的内陆，由于水汽含量很少而已不能形成降雨为止。这种循环过程称为内陆循环。在内陆循环过程中，形成径流回到海洋的水分，对内陆循环不再发生作用，而蒸发后吹向内陆的水分则继续参加水分循环，这种水分包括大气下层的水汽，土壤上层的水分，所有这些水分，经过再蒸发顺着气流的运行而推向内陆，增加内陆循环的水汽。一个地区如地面和地下储水比较丰富，蒸发水汽量较多，内陆循环就比较活跃。在内陆循环旺盛的地区，活跃的内陆循环在促进凝结降水方面起了一定的作用，因此增大陆面蒸发，对改善陆地降水状况，特别是温湿状况是有好处的。水分循环是多环节的自然过程，全球性水分循环一般都包含有降水、蒸发、径流和水汽输送等几个重要环节。摘自刘昌明、傅国斌《今日水世界》） 3.我国湿地的特点我国湿地有类型多、绝对数量大、分布广、区域差异显著、生物多样性丰富的特点。首先，我国湿地类型多。按照湿地公约对湿地类型的划分，31类天然湿地和9类人工湿地在中国均有分布。我国湿地的主要类型包括沼泽湿地、湖泊湿地、河流湿地、河口湿地、海岸滩涂、浅海水域、水库、池塘、稻田等自然湿地和人工湿地。其次，我国湿地面积大。我国湿地的面积约6594万公顷（其中还不包括江河、池塘等），占世界湿地的10％，位居亚洲第一位，世界第四位。其中天然湿地约为2594万公顷，包括沼泽约1197万公顷，天然湖泊约910万公顷，潮间带滩涂约217万公顷，浅海水域270万公顷；人工湿地约4000万公顷，包括水库水面约200万公顷，稻田约3800万公顷。第三，湿地分布广。在我国境内，从寒温带到热带、从沿海到内陆、从平原到高原山区都有湿地分布，而且还表现为一个地区内有多种湿地类型和一种湿地类型分布于多个地区的特点，构成了丰富多样的组合类型。第四，我国湿地区域差异显著。在我国东部地区河流湿地多，东北部地区沼泽湿地多，而西部干旱地区湿地明显偏少；长江中下游地区和青藏高原湖泊湿地多，青藏高原和西北部干旱地区又多为咸水湖和盐湖；海南岛到福建北部的沿海地区分布着独特的红树林和亚热带和热带地区人工湿地。青藏高原具有世界海拔最高的大面积高原沼泽和湖群，形成了独特的生态环境。第五，在我国湿地中生物多样性丰富。我国的湿地生境类型众多，其间生长着多种多样的生物物种，不仅物种数量多，而且有很多是我国所特有，具有重大的科研价值和经济价值。据初步统计，我国湿地植被约有101科，其中维管束植物约有94科，我国湿地的高等植物中属濒危种类的有100多种。我国海岸带湿地生物种类约有8200种，其中植物5000种，动物3200种。我国的内陆湿地高等植物约1548种、高等动物1500多种。我国有淡水鱼类770多种或亚种，其中包括许多洄游鱼类，它们借助湿地系统提供的特殊环境产卵繁殖。我国湿地的鸟类种类繁多，在亚洲57种濒危鸟类中，我国湿地内就有31种，占54％；全世界雁鸭类有166种，我国湿地就有50种，占30%；全世界鹤类有15种，我国仅记录到的就有9种；此外，还有许多是属于跨国迁徙的鸟类。在我国湿地中，有的是世界某些鸟类惟一的越冬地或迁徙的必经之地，如：在鄱阳湖越冬的白鹤（Grus Leucogeranus）占世界总数的95％以上。（资料来源：中国湿地 http://www.wetland.gov.cn/resource/weath/td.htm） 4.中国的水资源水资源是指由当地降水产生的，可以用于人们生产与生活各类用途，存在于河流、湖泊、地下含水层中的逐年可更新的动态水资源，主要包括地表水和地下水。水资源具有循环性和有限性、时空分布不均匀性、不可替代性、经济上的利害两重性等四种特性。我国水资源总量为2.8万亿立方米。其中地表水2.7万亿立方米，地下水0.83万亿立方米，由于地表水与地下水相互转换、互为补给，扣除两者重复计算量0.73万亿立方米，与河川径流不重复的地下水资源量约为0.1万亿立方米。按照国际公认的标准，人均水资源低于3000立方米为轻度缺水；人均水资源低于2000立方米为中度缺水；人均水资源低于1000立方米为重度缺水；人均水资源低于500立方米为极度缺水。中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500立方米。我国水资源有以下主要特点：①总量并不丰富，人均占有量更低。中国水资源总量居世界第六位，人均占有量为2240立方米，约为世界人均的1/4。②地区分布不均，水土资源不相匹配。长江流域及其以南地区国土面积只占全国的36.5%，其水资源量占全国的81%；淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的63.5%，其水资源量仅占全国水资源总量的19%。③年内年际分配不匀，旱涝灾害频繁。大部分地区年内连续四个月降水量占全年的70%以上，连续丰水或连续枯水年较为常见。目前，在我国水资源开发利用中存在以下问题：①供需矛盾日益加剧；②用水效率不高；③水环境恶化；④水资源缺乏合理配置；⑤经济发展与生产力布局考虑水资源条件不够。可以说，我国水资源尚有许多问题亟待解决，北方部分地区水资源开发利用已经超过资源环境的承载能力，全国范围内水资源可持续利用问题已经成为国家可持续发展战略的主要制约因素。第五章 物态变化本章概述与课程标准要求本章内容属于课标内容的第一主题“物质”中的二级主题。课程标准有关内容要求如下：（1）能用语言、文字或图表描述常见物质的物理特征。能从生活和社会应用的角度，对物质进行分类。（2）有评估某些物质对人和环境的积极和消极影响的意识。尝试与同学交流对当地环境资源利用的意见。（3）能区别固、液和气三种物态。能描述这三种物态的基本特征。（4）会测量温度。能说出生活环境中常见的温度值。尝试对环境温度问题发表自己的见解。（5）通过实验探究物态变化过程。尝试将生活和自然界中的一些现象与物质的熔点或沸点联系起来。（6）能用水和三态变化解释自然界中的一些水循环的现象。有节约用水的意识。基于学生对水的物态及其物态变化的生活经验和小学《科学》课程的学习基础，教材首先从整体上引领学生认识地球上水的三种状态以及相应的物态变化，认识地球上水的循环现象（§5.1）。然后着重探究物质的熔点和凝固（§5.2）、汽化和液化（§5.3）。最后，教材总括全章内容，在更广阔的视野上介绍物态和人类认识物态的历程，介绍物态变化在生活、生产、技术上的应用，介绍物态变化在改变我们的世界、促进人类文明发展上的价值，使本章教学内容得以融合与升华（§5.4）。本章重点安排了两个实验探究活动：探究固体熔化过程的规律和探究水沸腾的规律，并利用文字、图表等为学生提出观察思考、动手操作、上网查询、自我评价等学习任务。鉴于本章内容特点，教学中应充分利用学生的生活经验和观察、讨论、交流活动，设计了较多的学生实践活动。本章实验器材温度计：常用酒精温度计和水银温度计。量程：0-100℃、0-50℃。试管和烧杯：常用于加热和盛放液体铁架台：用于固定和夹持其它仪器。酒精灯：一般用外焰加热。用完后必须用灯帽盖灭。微型物理实验室：由温度计、大试管、小试管、多功能铁架台、无烟腊组成。可用于学生实验探究。本章课时安排建议本章共四节，建议用7课时完成，具体课时安排如下：第1节 地球上水的物态变化 1课时第2节 熔化和凝固 2课时第3节 汽化和液化 2课时第4节 物态变化与我们的世界 1课时复习课 1课时五、水循环 l 知道物理变化的概念，能够说出各种物态变化的吸热和放热情况，知道热量是能量的一种形式。 l 知道水在生活、生产技术中各种应用，了解水对人类生存的意义。 l 通过自然界水循环导图的学习，归纳总结出物质三态之间发生变化的规律。 通过调查当地水资源的利用等活动，增强关心环境和节约用水的意识。 说明 只需知道吸（放）热能使物体增加或者减小能量，不求深入理解。教学目标： 1.知道物态变化及物态变化的具体形式. 2.能用水的物态变化解释自然界中的一些水循环现象. 3.了解物态变化伴随着能量的转移. 4.树立保护水资源的紧迫意识，养成节约用水的习惯. 教学重、难点： 1.物态变化及物态变化的具体形式，物态变化伴随着能量的转移. 2.解释自然界中的一些水循环现象. 3.使学生树立保护水资源的紧迫意识，养成节约用水的习惯. 教学用具： 投影仪一台.，铁架台，、酒精灯，、石棉网，、烧杯，、玻璃片各一个，冰块少许 （共25组）. 教学过程 教师指导过程 学生学习过程 导入：奔腾的江河湖泊，皑皑的冰山雪岭，飘荡的白云------地球上的水在不停地运动着、变化着，形成了个巨大的循环系统.今天我们就一齐来学习“水循环 ”.好吗？ 首先，我们共同做个实验，请把冰块放在烧杯中，用玻璃片盖住杯口，再把烧杯放在石棉网上用酒精灯加热.请大家认真观察实验现象. 指导学生分组做实验. 提问： 1）你观察到什么现象？ （2）玻璃片上的水从哪儿来的？ 3）水蒸气从哪儿来的？ 4）你还发现了什么现象？ 5）如果把烧杯放到冰箱中，会出现什么现象？ 6）自然界中，有许多类似的现象，你能否说出一些？ 讲述：自然界中的云、雨、露、霜、雪、雹等现象都是水不断地发生变化形成的，下面请同学们看一看图2–39，分析一下自然界中的水是如何循环的，请大家思考：在水循环过程中，发生了哪些变化？并在空格处填上. 提问： 1）天空中的云是怎样形成的？ 2）地上的水从哪儿来的？ 3）露、霜、雪、雹等现象是怎样形成的？是否属于水循环？ 引导学生讨论： 1）在水循环过程中，发生了哪些变化？（2）水在这些变化过程中需要吸热还是放热？ 指导学生填图2–40. 讲述：物质从一种状态转变成另一种状态的现象叫物态变化.熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华都是物态变化的具体形式. 分析：从对以上实验和水循环的分析，我们发现：发生物态变化时总需要吸热或放热，吸热的物体能量增加，放热的物体能量减少.也就是说，物态变化过程伴随着能量的转移. 练习： 1、请填出下列物态变化的名称及吸、放热情况. （1）河里的水结冰 （2）冬天，玻璃窗上结有冰花 （3）寒冷的冬天，冰冻的衣服晾干 （4）秋天，花草上的露珠在阳光下消失 2、据《北京晚报》报道：2001年5月，阴天，气温约为零下15℃，在新疆罗布沙漠的沙丘上覆盖着约5cm ~10cm 厚的积雪，然而过了约20min ，雪不见了，脚下却是干爽的沙地，这一现象令在场的科学考察队员瞠目，请你用所学的知识解释这一现象. 3、如果水循环中的某一过程停止，会出现什么情况？ 过渡：水循环使我们的世界丰富多彩.水是生命的乳汁，人类的生产、生活离不开水.因此，水是我们的珍贵资源.请同学们阅读P46页上面内容，说出水对人类的贡献. 启发：水还能为人类做些什么？ 思考：有人说：“水既然可以不断地进行循环，因此，人类不需要节约用水.”请同学们分析这种说法对不对. 引导学生阅读课本P46页下面内容，说说人类水污染的情况. 讲述：地球上水的总量很大，但可供我们人类直接利用的水并不多，只占总水量的0.3%.我国是世界上13个严重缺水的国家之一，淡水资源只有世界人均水量的四分之一，却存在着水资源严重浪费和水环境严重污染现象.长此下去，水将成为制约我国经济、社会发展的重要因素.因此，我们应树立节约用水和保护水资源的意识. 提问：我们应如何节约用水呢？ 引导学生看书P47页，并讨论说出身边有哪些浪费水的现象和节约用水的方法. 小结：本节课我们 一起学习了水循环，知道了什么是物态变化和物态变化的几种形式，了解了物态变化总是伴随着能量的转移.希望同学们能认识到水的重要性和人类对水资源破坏的严重性，养成节约用水的好习惯. 作业：写一篇关于农村水污染情况的调查报告，并提出解决问题的一些办法. 1．建构课堂教学新模式做到：①合理处理教材，充分展示学习内容的实用意义；②教学思路要清晰，过程流畅、自然；③学生的认识水平要掌握清楚，问题设计恰当可行，切合学生实际，提问要有技巧，因人设疑，灵活多变，努力提高课堂教学效果。 2．不断诱导学生建立新的目标物理课堂教学中应做到：①课题引入——设置悬念情景；②概念形成——设置判断情景；③难点化解——设置阶梯情景；④规律获得——设置探究情景；⑤知识深化——设置应用情景。这样使学生在每个教学环节中都有新目标，使之成为主动的建构者。 3．充分发挥学生的主体作用 4． 促进新旧知识的交互作用 5．构造新的评价体系因此物理教学中应采用小循环多反馈的模式，即在讲解每一个小问题后，马上针对这个问题进行练习反馈，构成一个小循环，从而在一节课中形成多次循环，多次反馈的授课过程，促进学生自我诊断、反思和评价。第2节 熔化和凝固一、本节三维目标要求 1．知识与技能 Ø Ø 了解晶体和非晶体的区别。知道一些物质的熔点。 Ø Ø 知道熔化和凝固的含义。 Ø Ø 认识熔化是吸热过程，了解熔化曲线和凝固曲线的物理含义。 2．过程与方法 Ø Ø 感知发生熔化和凝固的条件 Ø Ø 区别晶体和非晶体，感悟物质世界的美丽多姿。 Ø Ø 经历固体熔化的实验探究过程，学习实验探究的基本思路和方法。 Ø Ø 了解图像是一种比较直观的表示物理量变化的方法。学习根据实验数据做出物理图像的方法。 3．情感、态度与价值观 Ø Ø 尝试对环境温度问题发表自己的见解。有关注环境温度的意识。 Ø Ø 尝试将生活和自然界中的一些现象与物质的熔点联系起来，将所学知识与生产、生活相结合。 Ø Ø 关注自然现象，产生乐于探究自然现象的兴趣和欲望。二、重点和难点本节重点是探究固体熔化过程的规律。本节难点是实验数据的图像转换方法。三、教学实施建议（一） （一） 教学过程本节安排3个教学板块：（1）认识晶体；（2）实验探究固体熔化过程的规律；（3）液体的凝固。 1. 认识晶体学生对将固体区别为晶体和非晶体认识不足，教师应着力调动学生的观察积累，利用教科书提供的图片，酌情展示一些常见晶体和非晶体的实物、模型、图片资源，首先让学生建立区别晶体和非晶体的宏观依据——形状规则与否的概念，初步认识晶体和非晶体的区别。 2. 实验探究固体熔化过程的规律不宜将本板块变为演示，要舍得投入时间，引领学生经历固体（含晶体与非晶体）熔化的实验探究全过程，初步领略科学探究的各个环节，学习科学探究的基本思路和方法。这也是课时安排建议本节2课时的主要原因。（1）首先，教师应引导学生注意晶体和非晶体不同的形状和不同的加工工艺，猜想到它们可能存在不同的熔化规律；在观察和思考的基础上，提出探究问题：熔化是在什么条件下发生的？熔化过程有什么特点？晶体和非晶体的熔化规律究竟有什么不同？（2）为了研究提出的问题，重要的是组织学生讨论，制订出分工合理、实用高效的探究讨划和实验设计方案。各组首先应选取一种晶体、一种非晶体作为对比研究对象；为了使结论具有普遍性，各组所选研究对象要在条件允许的情况下尽可能不同。其次，要探究熔化规律，自然需要将研究对象熔化，怎样熔化？在熔化过程中需要观测记录哪些数据和现象？需要什么实验器材或仪器？要否自己寻找或自制？这些都不要教师给定。这些问题需要师生讨论，达成共识，并要有所约定。例如，各组达成借助酒精灯加热晶体和非晶体使之熔化的基本思路，约定定时（例如每隔30s）记录加热过程中晶体和非晶体的温度，并确认当时研究对象的状态，直到熔化持续一段时间为止。至于各组探讨的具体问题，例如，停止加热后，熔化情况怎样？是选取冰和蜡，还是选取海波和松香或者别的作为研究对象？是用水浴法加热，还是直接加热？都应该以宽容的态度对待。需知：规范完美的科学探究纯属理想模型，在实际上是不存在的，以此模式组织探究只能是“假探究”；各组探究过程的差异应视为宝贵的课程和教学资源，使得合作交流、讨论评估更具实际价值。（3）在进行实验和收集证据过程中，应帮助学生解决一些实际问题： ①进一步巩固使用酒精灯或无烟腊加热物体的规范要求。 ②了解实验室常用液体温度计的工作原理、构造特点、温度范围及分度值。 ③学会测量温度，知道用温度计测量温度的正确方法和注意事项： ·确认温度计的量程和分度值。 ·将温度计的玻璃泡与被测量的物体充分接触。 ·当温度计的示数稳定后再读数。读数时，温度计仍需和被测物体接触（体温计除外）。 ·读数时，视线要与温度计中液柱上表面相平。 ④研究固体熔化时温度的变化规律，需要知道它们熔化过程中的温度。如何使待熔化物体均匀受热、使温度计的玻璃泡与待熔化固体充分接触呢？怎样使待熔化固体缓慢熔化，以便观察和测量呢？ ·待熔固体应为细粒或粉末状。 ·盛装待熔固体的试管应较细，以增大受热面积。装入试管中的待熔固体应适量（过少，则熔化过程太短，不利观测；过多，则受热不均匀）。 ·优选间接加热（例如水浴）法，并用两枚温度计同监测试管内外的温度，调整控制热源加热力度，使内外温差保持在2～3℃左右。 ·建议学生先做非晶体熔化实验，再做晶体熔化实验。用意有二：前者较易成功且易理解；能够对后者产生更强列的印象和反差。 ⑤指导学生分工合作，高效安全地进行实验、收集证据。（4）在数据处理、讨论交流和评估环节，教师的主要工作应集中于： ①激活学生寻找和比较数据规律的需要。 ②帮助学生回顾数学上描点作图的一般方法及其优点，指导学生在方格纸上描画物质熔化曲线。 ③热情支持学生的附加探究实验，允许学生重做或部分重做实验，以便扩大交流和评估成果。 ④为学生提供讨论和评估的必要物质条件，例如，提供视频展台或实物投影仪，用以展示各组所得熔化曲线和数据记录表格。 ⑤实验结论不宜绝对化。为了达成共识，应组织学生对比分析、总结晶体和非晶体的熔化过程，归纳出二者的同异点，总结出晶体熔化的两个必要条件：①达到熔点；②继续加热（吸收热量）。（5）得出固体熔化过程的规律后，教师可予以扩展。 ①给出熔点概念。指出熔点是晶体物质的基本属性之一。生活和自然界中，生产和技术上，许多现象和应用都与熔点有关。 ②引导学生用分子动理论初步解释熔化的吸热过程。 ③介绍常见物质的熔点，使学生对之有定性的了解。要求记住冰的熔点。 3.液体的凝固教科书对液体的凝固处理较为粗略，教学中可引导学生采用有意的接受学习方式进行。（1）列举生活、生产、技术上的液体凝固实例。例如，水结成冰，塑料颗粒熔化后注入钢模冷却凝固成塑料盒，熔融状态下的玻璃轧制成玻璃板…… （2）凝固过程和凝固曲线。引导学生对比冰（晶体）熔化过程的三个阶段，采用类比的方法，分析水（液体）凝固过程的三个阶段的吸放热特点和温度变化特点。要明确：虽然同种物质的凝固点和熔点相同，但两种曲线却具有不同的物理含义。同时总结归纳出熔融状态下的晶体凝固的两个必要条件：①达到凝固点；②放出热量。还应对比分析熔融状态下的晶体与非晶体的凝固过程的异同点。使学生获得相对完整的固液变化的认识。为了同一目的，建议布置课外实验探究活动：利用冰箱设计实验，研究水的凝固过程并画出水的凝固图像。（3）组织学生综合运用熔化和凝固规律，特别是联系§5.1自我评价中的屋檐上冰锥的形成过程，交流讨论教科书有关“火山爆发后”内容，要求学生做到运用所学知识和方法进行必要的推理分析。熔岩在流淌过程中，将因向周围放热而导致温度不断降低。虽然刚从火山口喷出时岩浆温度相同，但凝固点（熔点）高的矿物岩浆将首先凝固，这些凝固的矿物要么沉积下来，要么随未凝固的岩浆向前推移，直到所有岩浆均在火山口周围依山傍势凝固。基本上按橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、正长石、白云母、石英排列。（二）材料准备与实验设计 1.实验材料准备本节教学需要准备的材料有温度计、试管、酒精灯或无烟腊、铁架台等。冰块、海波、峰蜡、松香等均由实验室统一制备。其中冰块由实验室用电冰箱统一制备，学生只需按设计要求制成碎冰即可使用。海波，化学名称“硫代硫酸钠”，分子式Na2S2O3 ，商用海波常为较大的晶粒，通常在试剂商店或照相器材商店有售。海波熔点为48℃，因含有杂质可略有不同。顺便提及，以往教学中常选固态萘（熔点为80.5℃）作为研究熔化和凝固过程的实验器材，因为萘在加热过程中会放出有毒挥发物，现已废止。 2.实验设计图5-2-1 （1）在用大苏打（硫代硫酸钠）做晶体熔化实验时，试管中晶体粉末不宜过多，只要全部熔化后仍能浸没温度计测温泡即可。实验中温度计测温泡不要和试管壁接触，为了使晶体粉末受热均匀，可在粉末中混一些碎的细铜丝，加热时应不断搅拌。为了缩短加热时间，不要用冷水，起始温度可高些(35～40℃之间)，每隔l分钟记录l次温度，大苏打的熔点在47～49℃左右(由于总会含有杂质，一般不可能正好是48℃)。实验时，最好用另一温度计测水温。如果环境温度太高，水温上升太快，会使大苏打熔化太快，画出熔化图线的平直部分太短。为了充分显示晶体熔化时温度不变的特性，加长曲线的平直部分，实验中当加热到大苏打开始熔化时，应适当减缓加热，甚至停止加热一会儿，让大苏打逐步从50～60℃的水中吸热熔化。从开始熔化到全部熔化大约持续4分钟左右温度不变，整个实验中约需记录12～15个数据，持续15分钟。纵轴起始温度应为35℃，所标温度范围35～60℃。（2）探究冰的熔化规律：用图5-2-1所示的学具装置也可以探究冰的熔化规律。注意观察状态变化过程，并且每隔10秒钟记录一次温度，直到全部熔化后再过2分钟为止。（3）利用电冰箱研究水的凝固过程：可安排为课外实践活动，意在对课堂教学中液体凝固类比结论的验证。四、发展空间（一）“自我评价”参考答案 1.0℃，BC段 2.非晶体（二）“家庭实验室”指导吊冰游戏：盐的熔点高于冰的熔点。冰上撒些盐，因盐的温度高于0℃，致使局部冰面熔化，盐溶化在水中吸热，使绳子周围冰面上熔化的冰重新凝固，故而几秒钟后就能用绳子把冰吊起来。类似的，可做“复凝”游戏：将一块冰置于桌面上，把两端悬挂重锤的细线横置于冰块上表面，则可见细线缓慢切过冰块落至桌面，而冰块仍是“坚冰”一块，依稀还可找到细线“切豆腐”的痕迹，但“豆腐”重新又连成一片。这是利用冰在压力下熔点提高的特性实现的。晶体花园：水在蒸发过程中吸热，将加速食盐水的凝固，由于瓦片放置和色素沉着，碗中各处食盐结晶析出的形状殊异，因而生成漂亮的“晶体花园”。（三）“物理在线”和“走向社会”指导太空材料：组织学生下载网上信息或去图书馆查找资料，走访专家学者，集中讨论以下问题：（1）什么是太空材料？（2）太空材料成本昂贵，为什么要制选太空材料？（3）你希望太空实验工厂制造什么新的材料？说说你的设想。五、教学资源（一）教学视频 1.晶体世界（见“教师备课系统”光盘） 2.火山（见“教师备课系统”光盘） 3.太空材料（见“教师备课系统”光盘）（二）参考资料 1.温度计的发展温度计是测温仪器的总称。依据所用测温物质的不同和测温范围的不同，有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计等。世界上第一支温度计是意大利科学家伽利略于1593年发明的。那时的温度计是一根一端敞口的玻璃管，另一端带有一个玻璃泡(如图5-2-2)。使用时先给玻璃泡加热，然后把玻璃管插入水中；测温时将玻璃球与不同温度的物体相接，由于管内空气的热胀冷缩，玻璃管 图5-2-2 伽利略发明的第一支温度计中的水面就会上下移动，根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计，受外界大气压强等环境因素的影响较大，所以测量误差大。后来伽利略的学生和其他科学家做了各种改进，其中比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计，他把玻璃泡的体积缩小，并把测温物质改为水银，这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。之后德国人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准，最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉，把纯水凝固时的温度定为32℉，把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉，用℉代表华氏温度，这就是华氏温度计。在华氏温度计出现的同时，法国人列缪尔(1683－1757)也设计制造了一种温度计。他把冰点和沸点之间分成80份，定为自己温度计的温度分度，这就是列氏温度计。 1742年,瑞典人摄尔修斯改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为零度，把水的冰点定为100度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来，就成了现在的百分温度，即摄氏温度，用℃表示。华氏温度与摄氏温度的换算关系可以表达为 ℉＝9/5℃+32，或℃＝5/9(℉－32)。 1848年英国物理学家开尔文创立了开氏温标：也称热力学温标。热力学温标每一度的大小和摄氏温标完全相同，不过，它不是以水的冰点作为零度的，而是以理论上所说的分子热运动将完全停止时的温度，即-273.16℃作为零度，用K表示。要物质的热运动完全停止是绝对不可能的，-273.16℃只不过是人们可以无限接近，但永远也不可能达到的温度。这一温度也叫做绝对零度。现在在说英语的国家，如英国、美国、加拿大、澳大利亚和印度等国，常用华氏温度；而世界科技界和工农业生产中，以及我国、法国等大多数国家则常用摄氏温度；在科学研究中，一般使用热力学温标。 （张计怀） 2.太空材料 1987年以来，我国多次利用返回式卫星搭载，进行空间材料加工试验，目前已取得较大进展。把需要合成的材料，放人特制的同一容器中，装进太空炉，随卫星一道送人太空，在太空通过太空炉，对材料进行加温，熔化，再降温，变成固体，合成出新的材料，然后伴随着返回式卫星，回到地球，由此加工出的材料，人们俗称它为太空材料。 1987年，我国在太空成功地制造出砷化镓晶体，当时在国际科技界引起高度重视。10年来，我国又先后利用返回式卫星，在空间试验加工出了碲镉汞、锑化铟、铅铝合金等数十种新型材料。 由于地面和空间环境有别，所以加工材料可利用的外界条件不同，空间实际上是人类所需要探索研究的新领域。铝和铅在地面的比重相差很大，铝轻铅重，即使把它们熔化变成液体状，最后铅也要沉在容器的下面，铝则要浮在上面，二者实在是难以混合在一起。到了太空，基本克服了地球的引力，铝和铅就可非常容易地混合在一起。根据同样的道理，如果我们在太空，把气泡加入到熔化后的金属中去，并使它们均匀分布，这样就有可能制造出比普通泡沫还轻的金属体。由于物体到了太空几乎没有轻重之分，所以能够比较容易地把不同比重的物质合成在一起，从而得到地面难以得到的更有价值的材料。用砷化镓制造出的微波晶体管，是卫星通讯和移动通讯性能优越的口和耳。在太空合成的高质量的碲镉汞单晶，用于制造红外探测器，则是导弹、遥感卫星更为敏锐的眼睛。人类在空间制造材料，目前还处在试验和起步阶段。今后随着有关学科和技术的进步，一定会得到更大发展，从而更加广泛地服务于国防和国民经济建设。 CCTV《科技博览》 3. 影响熔点的因素熔点，实质上是该物质固、液两相可以共存并处于平衡的温度，以冰熔化成水为例，在一个大气压下冰的熔点是0℃，而温度为0℃时，冰和水可以共存，如果与外界没有热交换，冰和水共存的状态可以长期保持稳定．物质的熔点并不是固定不变的，有两个因素对熔点影响很大．（1）压强。平时所说的物质的熔点，通常是指一个大气压时的情况；如果压强变化，熔点也要发生变化。熔点随压强的变化有两种不同的情况．对于大多数物质，熔化过程是体积变大的过程，当压强增大时，这些物质的熔点要升高；对于像水这样的物质，与大多数物质不同，冰熔化成水的过程体积要缩小(金属铋、锑等也是如此)，当压强增大时冰的熔点要降低。如下两图中OL称为固液两相平衡曲线，又称为熔化曲线．该曲线的左方表示固相稳定存在的区域，右方一定的区域是液相稳定存在的区域，而线上的任一点，都代表固液两相平衡共存的状态。OL线表示了该物质的熔点随压强变化的规律。两图中OL线的斜率都很陡，说明物质的熔点随压强的变化很小，例如冰的熔点，每增加一个大气压，熔点才下降0.007 5℃，而要使冰的熔点下降1℃，则必须使压强增加1.75X107Pa，约为大气压的170倍。两个图的斜率的正或负，反映了两类物质随压强的增大，熔点升高或降低的规律。图5-2-3 （2）溶有杂质。以上讨论的都是纯净的液态物质，如果液体中溶有少量其他物质，或称为杂质，即使数量很少，物质的熔点也会有很大的变化，例如水中溶有盐，熔点就会明显下降，海水就是溶有盐的水，海水冬天结冰的温度比河水低，就是这个原因．饱和食盐水的熔点可下降到约-220℃，北方的城市在冬天下大雪时，常常往公路的积雪上撒盐，只要这时的温度高于-22℃，足够的盐总可以使冰雪熔化．合金又称为固态溶液，因为合金在液态时也可以看做是一种金属溶于另一种金属之中的溶液，因此合金的熔点比单质低属熔点要低，而且比组成合金的每一种金属的熔点都低．例如锡的熔点是232℃，铅的熔点是327℃，按一定比例组成的铅锡合金的熔点则只有170℃，而由铋、锡、铅、镉组成的合金的熔点可降低到70℃，常应用来制作保险丝、焊丝等。 摘自洪安生《热现象》第3节 汽化和液化一、本节三维目标要求 1．知识与技能 Ø Ø 知道什么是汽化、液化。 Ø Ø 了解沸腾现象，知道水的沸点。 Ø Ø 知道蒸发可以致冷。会对蒸发和沸腾进行比较，找出它们的区别。 Ø Ø 知道汽化是吸热过程，液化是放热过程。 Ø Ø 会用汽化和液化的规律解释自然界或生活中的一些简单的物态变化现象。 2．过程与方法 Ø Ø 通过探究活动了解水沸腾时的温度特点。 Ø Ø 经历实验探究的基本过程，了解科学探究的基本环节。 3．情感、态度与价值观 Ø Ø 把生活现象和自然现象与物质的沸点联系起来，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理。 Ø Ø 了解电冰箱的基本原理及生产“无氟冰箱”的意义，有环境保护的意识。二、重点与难点本节的重点是实验探究水沸腾的规律。本节的难点是水沸腾的温度（沸点）与气压的关系。三、教学实施建议（一）教学过程本节安排三个教学板块：（1）实验探究（水）沸腾的规律；（2）气体的液化；（3）汽化、液化过程中的吸放热。 1.实验探究（水）沸腾的规律本教学板块按照逻辑顺序安排以下几个层次：实验探究水沸腾的温度与时间的关系；实验探究水沸腾的温度与气压的关系；汽化的两种方式。（1）“水开了吗？”这是在每家庭几乎天天都会听到的一句问话。“开水不响，响水不开”也许是学生很小就学来的判断水是否“开”了的依据。基本学生拥有丰富的生活经验，但并未认真观察过水沸腾的全过程，并未探入思考过与水沸腾相伴随的气泡、声音、水量、温度等相关特征的变化规律的教学背景，教师宜按照教科书的提示，利用透明容器构造水沸腾过程的真实情境，激励学生：你看到了什么？你想到了什么？引发并确认实验探究问题。学生探究的问题，应达成某种共识，例如，探究水沸腾与温度的关系，但也应鼓励附带探究其他问题，诸如沸腾前后的声音变化、气泡变化、沸腾时水量的变化等。这些附带探究的问题，对学生进一步深化认识沸腾现象和汽化现象、形成对多种现象联系与思考的意识，十分必要。（2）迁移探究固体熔化规律的学习经验，在烧水过程中直接观察水的沸腾现象，从而探究发现沸腾的特征和规律，应成为课堂教学中的“转知成识”、“转识成智”的良好契机，同时成为教师引领学生设计实验和进行实验的指南。教师还应提醒学生：在实验中，要分工合作，做好观察记录（包括水的温度随中热时间变化的记录、水发出的声音、水中的气泡随加热时间变化的相关记录），更要注意安全，避免烫伤。（3）在学生得出水沸腾的温度和加热时间的关系曲线后，应及时组织分析论证和交流讨论： ·该图像与晶体熔化图像有什么相似之处？有什么不同之处（沸点概念得以生成）？ ·沸腾前、沸腾时用酒精灯加热水的作用有什么不同？移开酒精灯，停止加热，水还沸腾吗？ ·水的沸点是100℃吗？如果不是100℃，究竟是实验误差，还是另有原因？ ·沸腾前后，水中气泡变化、声音变化有什么特征？沸腾中减少的水跑到哪去了？ ·水沸腾需要什么条件？这个结论是否可推广到所有液体？为了检验你的判断，你认为是否有必要换用其他液体再做实验？（4）由水沸腾时的实验数据和水沸腾曲线学生可以认识到水有确定的沸点。鉴于沸点与气压的关系在生产技术和日常生活上的重要应用（压力锅就是一个典型），引导学生探究水的沸点温度与气压的关系，十分必要。 ·移开热源，停止对水加热，沸腾则停止。这是学生已经亲历的事实。要探究水沸腾的温度与气压的关系，需在改变气压（增大或减小气压）的前提下，使水重新沸腾，同时测量对应温度。如何改变液面上方的气压，这是设计实验中的难点和关键。以往利用封闭的烧瓶或烧杯，采用冷水淋浴或用抽气机抽气减压的方法实现“复沸”，要么安全性差，要么设备复杂，而且推理解释复杂，因而不适于学生探究。改用封闭大试管、用注射器缓慢抽气减压的方法实现“复沸”，不仅效果明显、设备简单、便于解释，而且还可利用来进行增压（推进柱塞）“止沸”，为学生完善探究设计提供了可行的选择。的确，要证实水沸腾的温度与气压有关，不仅需要考察气压降低时水的沸点怎样变化，而且需要考察气压升高时水的沸点怎样变化。 ·学生的设计方案可以有多种，教师应引导学生讨论方案的可行性，使他们在选择中学会选择。此外，考虑到一次性注射注射器容量有限，怎样才能使封闭试管内的气压改变更明显？在这方面学生的知识准备不足，例如，有关气体体积与压强的关系尚不了解，教师应心中有数。比如，大试管内装水宜少于2/3容积，双孔塞密封要好；水温接近沸点时改变气压效果明显（考察“复沸”现象时，应在停止沸腾后立即着手进行，水温大致在80～90℃；考察“止沸”现象时，应在水沸腾的同时继续加热。）。一次抽气不成，可否再来一次（考虑使用止水夹）？是快抽柱塞好，还是慢抽好？是快推柱塞好，还是慢推好？……所有这些思考，都是指导学生探究的前提条件，显然这比演示实验对教师的要求更高了。（5）将汽化的两种方式——蒸发和沸腾对比分析显然是必要的。而且，蒸发在物态变化中，尤其在水的循环中的重要作用，要求我们在教学中赋予它应有的地位。除了在表现特征上对两种汽化方式予以辨析外，还可利用分子动理论的分子运动模型给出初步解释。影响蒸发快慢的诸种因素：液面面积，环境温度、湿度、气压，周围空气流动快慢等，都应纳入教学视界。或回顾小学《科学》，或组织学生讨论（餐厅卫生间装的热风干手器就是一个好例子），甚至组织相应实验探究，应视学生知识和经验基础决定。本段教学设计应围绕蒸发和沸腾这两种汽化方式的相同点和不同点展开。“为了使洗过的衣服干得快些，可以采用哪些措施？”就是一个适当的导入话题。 2.气体的液化与凝固是熔化的相反过程一样，液化是汽化的相反过程。具体教学操作可以着手于以下两个方面。（1）水蒸气液化成水的现象，学生十分熟悉。冷玻璃窗上的水滴，眼镜片上的“雾汽”，烧水时壶嘴喷出的“白雾”，从冰箱中取出的冰镇汽水瓶外壁上的“泪珠”……要注意在教学中调动学生的经验积累，引导他们关注水蒸汽液化的细节。例如，冷玻璃窗上的水滴和眼镜片上的雾气出现在哪一面上？水壶嘴喷出的“白雾”紧挨壶嘴吗？……这些细节对于学生理解液化和汽化规律大有帮助。（2）气体液化的历史，尤其是空气液化的历史，是物理学发展的缩影，也是科学·技术·社会协调发展的典型。极低温度的获得，真空技术的提高，热力学第三定律的发现，超导、超流和完全抗磁性的发现，超导电性的唯象和微观理论，高温超导材料的研究……都与气体的液化直接或间接有关。教师应利用各种文本资料，展现人类探索气体液化的艰难历程和美好的前景，概述气体液化的两种途径：降低温度和压缩体积。§5.1中的人工造“雨”就是通过降低温度使水蒸气液化成“雨”的。教学中还可增加用注射器压缩乙醚蒸气的体积使之液化（反之则汽化）的学生小实验。所有气体在温度降到足够低时都可以液化。不存在“永久气体”。——1908年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯（H.K.Onnes,1853－1962）领导的低温实验室使最后一种“永久气体”——氦实现了液化，同时获得了4.2K的低温。在一定温度（临界温度）下，压缩气体的体积也可以使气体液化。事实上，到了1854年，通过包括法拉第在内等人的工作，除了氢、氧、氮等几种气体外，当时已知的其他气体都能被液化了。早期气体液化大多是通过压缩气体的体积实现的。 3.汽化、液化过程中的吸放热伴随气体和液体过程的能量变化的表现形式是吸放热。本板块的教学应该注重以下几个方面。（1）沸腾过程中吸热而温度保持不变；停止加热，沸腾随即停止。对此，学生已有实验经历。蒸发过程吸热的例子也很普遍。在温度计测温泡上裹上用水或酒精浸湿的棉球，温度计的读数有什么变化？在手背上涂些酒精，感受如何？对此，学生更有足够的经验基础。气体液化放热的现象，学生虽有感悟，但体会欠真切。因此有必要组织学生动手实践。教科书第103页图5-3-8是一个很好的对比实验。教师应认真组织好学生的分组实验和观察讨论。左右试管初始状态相同，左管加热沸腾、水量减少（温度维持在沸点）；右管通入从左管中导入的水蒸气，温度升高，水量增加。典型地展示了物态变化过程伴随着能量的转化这一物理现象。倘若使两管中的水循环流动，它就是蒸气传热的模拟装置。在此基础上，教师应结合“发展空间”栏中有关电冰箱的阅读材料，提醒学生注意循环工作物质（R134a等）物态变化过程典型地伴随着工作物质能量的变化：在冷冻室汽化吸热（使冰箱内温度降低）；在冷凝器液化放热（使冰箱外的空气变热）。这里的压缩机相当于教科书图5-3-8中的酒精灯，没有它，不可能完成R134a的循环流动；这里的R134a相当于图5-3-8中的水，不同的是，图5-3-8中的水未能循环流动，而R134a比水更容易汽化、比水蒸气更容易液化。（2）自然界中的物态变化（含熔化和凝固、汽化和液化、升华和凝华）事实上都伴随着能量的变化，不仅仅限于水的三态变化。教师应在本节之末、§5.4和复习课中予以强化。（二）材料准备与实验设计 1.实验材料准备铁架台、试管、温度计、酒精灯或无烟腊、注射器等。 2. 实验设计（1）复沸实验如图5-3-1左图所示，将装入圆底烧瓶(250ml以上)中的半瓶热水烧开。经2～3分钟后，让饱和水汽把瓶内空气尽量赶走。然后停止加热，立刻塞紧塞子。然后将烧瓶倒置，安放在方座支架上。将水盘(或盆 )置于下方。如图5-3-1右图所示，从上面向烧瓶底部浇冷水，则见瓶内热水又重新沸腾起来。摘下烧瓶，用手触摸瓶壁，并不感到烫手。这说明刚才沸腾时沸点很低。图5-3-1 （2）打开学具，如图5-3-2左，给试管加热到水沸腾．熄火后水停止沸腾．待水温降低一些后将注射器接到试管口上（图5-3-2右），向外拉注射器活塞，则见试管内的水又沸腾起来。图5-3-2 图5-3-3 （3）液体蒸发时温度降低取两支温度计，在一支温度计的泡上包酒精棉花，可以看到酒精蒸发时温度降低，温度计的读数比另一支读数小（图5-3-3）。（4）观察水汽液化放热现象器材：烧杯(同样大小)2个，天平1台，试管，温度计、酒精灯，热水，冷水，烧瓶，棉花，玻璃管等。方法： 1、按图5-3-4将仪器装好。试管的作用是将水蒸气里的小水滴留下来。玻璃管外包扎棉花，为的是尽量减少水蒸气热量的损失，以防在管内发生凝结。两个烧杯中放入同温度等质量的冷水，水温在l5C左右。 2、测定并记下冷水的初温度。 3、给烧瓶水加热直至沸腾，当有大量蒸气从管口喷出时，将第一个烧杯移到如图4*1*所示的位置，使管口伸入水内，让蒸气凝结并与水温合。随时测量水温，大约升到 80时，将杯取走，称量并算出蒸气液化成水的质量。 4、小心地将一部分正沸腾的水连续倒入第二个烧杯里，使之与冷水混合，随时搅拌，当温度为80记时，停止倒入。称量并算出倒入沸水的质量。 5、从上面两次虽出的质且相比较(第一次少，第二次多)可看出，水蒸气液化时有放热现象。四、发展空间（一）“自我评价”参考答案 1.采用“分馏法”，利用水和酒精的沸点不同，使混合液（即甘蔗酒）沸腾，可以从甘蔗酒中分离出酒精。事实上，由于水的蒸发，这样分离出的酒精纯度较低，倘若利用生石灰的极强的吸水性质，将混合液跟生石灰（CaO）混合加热蒸馏，即可达到提纯酒精的目的。 2.减慢盆栽花卉的水分蒸发，自然可以从减小花卉叶表面积（通过修剪）和花盆液表面积、降低周围空气温度、增加周围空气湿度、减少周围空气流通诸种因素考虑。但这同样是一个实际问题，切忌在设计浇水方案时“想当然”应用所学一般物理原理。例如，花卉生长需要一定的温度、湿度、阳光、水分、空气、肥料条件，不能顾此失彼，要统筹兼顾。学生的设计方案不宜统一要求，重要的是设计思路和原理的运用。（二）“家庭实验室”指导依据教科书第104页所提供的资料，可安排两项家庭实验或课外实践活动：（1）探究电冰箱里的物态变化。要求学生提出自己想研究的问题，设计方案，并进行探究，写出实验探究报告。（2）制作简易“冰箱”。要求学生调查访问家长或社会人士，了解“土”法致冷保鲜的多种方法，并制作一台袖珍式简易“冰箱”，展示给大家。（三）“物理在线”和“走向社会”指导图5-3-4 天气图：利用气象卫星捕获的信息，借助计算机和网络技术，可以生成满足各种用户要求的天气图。天气图是天气预报的重要依据，可限定在天气现象中涉及水的三态及三态变化的简单天气图知识，进行查询。五、教学资源（一）课件 1.空气的液化和低温的获得（见“教师备课系统”光盘）（二）教学视频 1.电冰箱原理（见“教师备课系统”光盘）（三）参考资料 1.水的沸点与压强、海拔高度的关系（1）水的沸点与压强的关系参考数据 D/mmHg380710720730740750760770780760×2760×3760×4760×5760×10 t/℃8198.198.598.999.399.6100100.4100.7120133143152179 （2）水的沸点随距海平面高度变化的参考数据 h/m－600－3000300060008848几万米高空 t/℃10210110091807211～18 2.热岛效应晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，它的热传导率和热容量都很高，加上建筑物本身对风的阻挡或减弱作用，可使城市年平均气温比郊区可高2摄氏度,甚至更多,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。热岛效应是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，在冬季最为明显，夜间也比白天明显，是城市气候最明显的特征之一。气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。一般认为热岛成因有三：一是城市与郊区地表面性质不同，热力性质差异较大。城区反射率小，吸收热量多，蒸发耗热少，热量传导较快，而辐射散失热量较慢，郊区恰相反；二是城区排放的人为热量比郊区大；三是城区大气污染拖物浓度大，气溶胶微粒多，在一定程度上起了保温作用。大气污染在城市热岛效应中起着相当复杂特殊的作用。来自工业生产、交通运输以及日常生活中的大气污染物在城区浓度特别大，它像一张厚厚的毯子覆盖在城市上宛，白天它大大地削弱了太阳直接辐射，城区升温减缓，有时可在城市产生“冷岛”效应。夜间它将大大减少城区地表有效长波辐射所造成的热量损耗，起到保温作用，使城市比郊区“冷却”得慢，形成夜间热岛现象。从城市气象规划设计出发应考虑：（1）要保护并增大城区的绿地、水体面积。因为城区的水体、绿地对减弱夏季城市热岛效应起着十分可观的作用。（2）城市热岛强度随着城市发展而加强，因此在控制城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。因为人口高密度区也是建筑物高密度区和能量高消耗区，常形成气温的高值区。（3）如北京市位于平原中部，三面环山。由于山谷风的影响，盛行南、北转换的风向。夜间多偏北风，白天多偏南风。因此，在扩建新市区或改建旧城区时，应适当拓宽南北走向的街道，以加强城市通风，减小城市热岛强度。（4）减少人为热的释放，尽量将民用煤改为液化气、天然气并扩大供热面积也是根本对策。 3.温室效应假若没有大气层，地球表面的平均温度不会是现在适宜的15℃，而是十分低的-18℃。这温度上的差别是由所谓的“温室气体”引起的，这些气体吸收红外线辐射而影响着地球整体的能量平衡。大气层吸收了来自地球表面所释放的长波辐射，再反射回地面，使得地面和大气层在吸收太阳辐射与释放红外线辐射至太空之间形成整体的动态能量平衡。正是借着这种“天然的温室效应”，地表温度得以维持。但由于近年来人类活动释放出大量的温室气体，正以前所未有的速度，改变着大气层的组成结构。其中特别是化石燃料燃烧后所产生的CO2气体，让更多红外线辐射被折返到地面上，加强了“温室效应”的作用。这种“人为的温室效应”导致了地球平均温度的持续上升。虽然至目前为止，地球平均气温仅增加少许 (过去100年只增加0.3℃至0.6℃)，海平面则持续上升(过去100年共计上升10至15cm)，但工业革命后CO2浓度增加了28％，科学家预测若不采取任何防治措施则至2100年时，地表温度将较目前增加l℃至3.5℃，海平面将上升15至95cm。这种温室效应对于整个生态环境(包括地球、海洋与人类的经济、社会等)及全球气候，将有深远而难以预测的影响。温室气体占大气层质量的不足1%，主要的温室气体有二氧化碳(CO2)，甲烷(CH4)，一氧化二氮(N2O)，氯氟碳化合物(CFCs)及臭氧(O3)。大气层中的水气(H2O)虽然是“天然温室效应”的主要原因，但普遍认为它的成份并不直接受人类活动所影响。 4.天气图的起源与作用气象预报是如何预报天气的呢？这还要从世界上第一张天气图（weather chart）的问世谈起。1820年，德国人布兰德斯利用《巴拉丁气象学会杂志》上登载的气象观测资料，将1783年各地同一时刻的气压和风的记录填在地图上，在莱比锡绘成了世界上第一张天气图。图上有39个观测记录，这样，人们足不出户，就可以了解异地的天气状况了。天气图的诞生拉开了天气图的发展序幕。但是，对天气图预报起推动作用和快速发展的是1853～1856年英、法向俄国发动的克里米亚战争。1854年11月14日，英法联军包围了塞瓦斯托波尔，当陆战队即将在巴拉克拉瓦港湾地区登陆时，风暴从天而降，黑海顿时狂风巨浪，法国军舰亨利四号葬身于佛斯陀，英法联军几乎全军覆灭。这一灾难使得拿破仑三世痛定思痛，他责令巴黎天文台台长勒弗里埃研究这次风暴。于是勒弗里埃向世界各国天文台和气象工作者发出求援信，搜集1814年11月12日至16日这5天的气象资料。这一行动得到科学家们的支持，勒弗里埃收到了250封信函。借助这些数据资料，他绘制了5张逐日天气图。经研究他发现：这次风暴是从西北向东南移动的，11月12日至13日这一风暴还在西班牙和法国西部，14日时东移到黑海地区。如果当时能及时做出天气预报，灾难是可以避免的。 1855年3月，他向法国科学院建议，组织观测网，迅速地将观测资料集中一地，分析绘制天气图。1856年，法国组建了第一个正规的天气服务系统。欧洲的其它一些国家以及美国、日本也都相继组织观测网，开始拍发当日的气象观测结果，绘制天气图，开展天气预报服务。天气图预报方法已有100多年历史，自从有电报后，各地同时间观测的气象资料能及时集中到各国的气象中心，分析出天气图。天气图主要分地面天气图及高空天气图，图上密密麻麻地填满了各式各样的天气符号。每种符号代表一种天气要素的测量值或一种天气现象，所有这些符号都按统一规定的格式填写在各自的地理位置上，这样就可以把广大地区在同一时间观测到的气象要素，如风、温度、湿度、气压、云以及阴、晴、雨、雪等统统填在一张天气图上，从而构成一张张代表不同时刻的天气图。有了这些天气图，预报人员就可以进一步分析加工，并将分析结果用不同颜色的线条和符号表示出来。从天气图上看到一个个高、低压系统在移动着，这类天气系统在移动过程中给各地带来了天气变化。我们从天气图上分析出天气系统，预报它们在未来的移动和强度变化(包括生成和消亡)，就能推论各地区未来天气的变化，这就是天气图预报方法的主要依据。我们分析各种天气图或其他辅助图表，目的就在于及时分析出引起各地天气变化的天气系统。天气图分析正确与否，是天气图预报方法的前提。天气图预报方法首先要做出天气形势预报，即预报出天气图上已有的天气系统，它们未来的移动和强度变化，同时还要判断有无新生的天气系统产生。在天气形势预报中，最简单的方法是外推法，即假定未来天气系统的移动和变化与起始时刻的情况相同，这种方法也称作持续性法。其次是气象员在长期天气预报的实践中，总结出有关天气系统移动或强度变化的经验预报规则，这些经验规则在天气形势预报中也有很大作用。此外，从动力气象学的一些理论中，也可以推论出一些有关天气形势预报的规则。气象员根据这些就可以作出未来的天气形势预报。如今，电子计算机的发展以及各种预测模型与预测算法的出现大大拓展了人类的预测能力，也使得天气预报越来越精确第4节 物态变化与我们的世界一、本节三维目标要求 1．知识与技能 Ø Ø 了解人类认识物态的历程。 Ø Ø 认识自然界和日常生活中多种不同状态的物质和物态变化。 Ø Ø 能用物态和物态变化知识解释身边发生的一些简单物理现象。 2．过程与方法 Ø Ø 尝试对环境问题（温室效应、热岛效应等）发表自己的见解。 3．情感、态度与价值观 Ø Ø 感悟物态变化在改变物质世界和促进人类文明中的巨大作用。 Ø Ø 树立可持继发展的意识。二、教学实施建议（一）教学过程本节安排了三个教学板块：（1）人类认识物态的历程；（2）物态变化改变着世界；（3）来自极地的报告。 1.人类认识物态的历程（1）19世纪之前，人们还只能根据物质的宏观特征（是否具有一定的体积和形状，是否能流动）来区分物质的状态，那时只知道物质有固、液、气三态。初中讲物态和物态变化，主要涉及这三态和三态间的变化问题。这应该成为本教学板块展开的基础，教师应引领学生理解这种物质分类的方法，并在此基础上讨论人类认识物态的历程。近代对物态分类更深入到物质内部结构。从物质内部结构去分析，物态和物态变化的种类很多。并且，随着科学技术的进步，人们对物质世界的认识会继续深入，更多的物态会被人们发现和认识。 20世纪以来，人们陆续发现或提出的新的物质状态形式有：等离子态、超固态、液晶液、超导态、超流态、中子态、黑洞等。有时同一物质在某种温度和压力下，几种不同的物态同时存在。例如，水处于密闭的容器中，下面是水，上面是水蒸气，就是液态和气态共存的情形。其他还有固、气两态共存，固、液两态共存，或固、液、气三态共存的情形。一般来说，任何一种物质，在温度、压强等发生变化时，都会呈现不同的物态。研究物态变化对于深入了解物质的结构及性质，对于研制新材料及新物质，都具有很大的现实意义。（2）依据教材安排，本板块应重点突出等离子态和液晶态。关于液晶态、液晶显示器的基本原理以及液晶显示技术的应用，教科书已有两段介绍。建议教学中补充介绍等离子态、等离子体以及等离子体在工业、农业、军事上的广泛应用。事实上，等离子体在宇宙中广泛存在。闪电、极光等是地球上的天然等离子体产生的发光现象。在地球之外，如围绕地球的电离层、太阳和其他恒星、太阳风、很多星际物质，都是等离子体。它是宇宙间物质存在的主要形式。用人工方式也可以产生等离子体，如霓虹灯放电、原子核聚变、用紫外线和X射线照射气体，都可以产生等离子体。利用等离子弧可以进行切割、焊接、喷涂，可以制造多种新颖的光源和显示器。等离子体显示器是继阴极射线管显示器，液晶显示器之后的新一代显示器，它的最大特点是厚度小，显示面积大，用这种显示器制造电视机，可以象画一样挂在墙上。用等离子体技术处理高分子材料，包括塑料和纺织物，既能改变材料的表面性质，又能保留原材料的优异性能，而且无污染。在军事上利用等离子体规避探测系统，用于飞机等武器装备的隐形等。以上知识内容，有必要向学生简单介绍。对人类认识物态的历程回顾，不仅可以使学生开阔眼界，增长见识，而且富含过程与方法、情感、态度与价值观多种教育功能。希望教师在占有大量信息资源的基础上，认真组织，深入浅出、通俗易懂地向学生展示魅力无尽的探究历程（课件、图片、录像等教学手段往往是必须的）。 2. 物态变化改变着世界本章章首指出：我们生活在物态变化的世界里。人类对物态变化的认识是从水开始的。本章前三节的主要内容大多也是围绕水的三态及其变化展开的。现在，作为本章的最后一节，教师有必要将物态和物态变化的视界拓展到更广泛的领域，展示人类认识物态变化、利用物态变化规律的辉煌历史。（1）让学生认识物态变化的历史首先可以介绍材料的发现和利用历史——从青铜器到太空晶体。教科书为此示例性地展示了青铜器、太空晶体。教学中应组织学生利用身边实例展示作为人类文明的象征的材料的“发现”和利用。例如： ·高压锅上的易熔片（可配以实物和投影展示）。 · 家用电冰箱、空调器中的致冷物质从R－12（氟利昂、二氟二氯甲烷，CF2Cl2）到R134a。 ·保护卫星或火箭的整流罩内部的隔热层和外表面涂层。 ·从铅锌电池、镍电池、锂电池到硅光电池、氢电池、燃料电池。 ·从石器、铜器、铁器到各种特种异型钢材、记忆合金、纳米材料。 ·人工增雨用到的固态二氧化碳（干冰）或液态氮、碘化银，家庭厨房中的液化石油气、天然气或燃气，医院里的液态氧，用于运载火箭的燃料液态氧和助燃剂液态氢…… （2）物态变化规律的利用——从蒸汽机到热管。教科书集中讨论了两个典型例子，蒸汽机和热管。教学中当然不宜涉及技术应用细节，但教师对之应有更多的领悟和感受，以便灵活应用于教学设计。水沸腾变成蒸汽不仅能提供动力（含蒸汽机和蒸汽轮机），还为城市的集中供热提供了优越的方式。蒸汽机曾经引发第一次工业革命，蒸汽轮机、燃气轮机至今仍广泛应用于现代社会。热管在航天技术中的神奇妙用，得赖于它的特殊结构，但其核心的部分应是它对物态变化规律的运用。此外，热管还用于核电站、大型电机和电子系统的散热冷却。值得提及的是，未来全长1142km的青藏铁路建设中，将迎对550km终年冻结的冻土区，为了达到稳定地基的目的，建设者们将广泛采用通风管路基、热桩（热管）、碎块石调温路基等冻土工程技术，这些都是物态变化规律的广泛应用。其实热管的应用远不止于此。热管也并不神秘，学生完全可以自制热管、热桩。本部分应将热管作为教学的载体，重点组织学生参与。教师应在示范的基础上，引导学生设计自己的热管，使学生体验探究的乐趣、艰辛和成功的愉悦。教科书给出的设计题目是用热管设计太阳能热水器、教学中也可改为大型冷藏库设计热桩；为输油管道、工业和民用建筑、水坝设计热桩；甚至可以设计大热管，高效地提取地球内部的地热，直接用于发电或采暖…… （3）利用物态变化创造现代生活本段内容在逻辑上与“材料的发现和利用”、“物态变化规律的利用”是一脉相承的。人类发现、研究、利用物态和物态变化，正是为了创造现代生活。建议将本段内容融于前两部分教学活动中，使之浑然一体，使学生真切体会到：物态变化就在我们身边，物态变化规律的应用改善着人类的生活、医疗、文化、物态变化规律的应用促进着社会的进步和人类文明的发展，进而形成科学的发展观。 3.来自极地的报告本段以考察报告的形式，警示人类活动对生态环境造成的破坏。教学中，可借助多种教学手段和多种教学资源（含本地资源）帮助学生解读科学技术是双刃剑这一事实，意识到人类必须用科学的态度审视自己的行为，必须依靠科学技术解决人类面临的危机。可供教学中选择的素材很多，包括： ①水资源危机与节约用水。介绍世界及我国缺水及水污染的现状，提出合理利用和保护水资源的严肃的社会问题，帮助学生养成节约用水的习惯，增强防止污染、保护环境的意识，鼓励学生投身到合理利用和保护水资源的科学活动中去。 ·水污染及水污染的主要原因（有毒物质、污水、石油、热污染、放射性物质等）。 ·“水污染防治法”和“水法”。 ·“南极科学考察”、“冰川”、“赤潮”等科教片或电视片。 ·节约用水徽标：水是生命之源，珍惜每一滴水，是公民的义务和责任。 ·淡水资源和全世界淡水储量。 ②《人类环境宣言》与可持续发展人类面临日趋严重的环境问题：人口问题、温室效应、热岛效应、厄尔尼诺现象、臭氧层被破坏、土地荒漠化、酸雨现象、森林的破坏、物种的消失、垃圾泛滥等，必须将可持续发展推向行动。 ·《联合国人类环境会议宣言》和《21世纪议程》 ·国际保护臭氧层日（每年的9月16日） ·中国《环境保护法》、《中国21世纪议程》教学中建议围绕以下主题组织学生活动： ①依据对当地水资源（含地下水）状况和利用情况的事先调查，对水资源污染和滥用提出自己的见解，对水资源利用提出合理化建议。题目可以是：从近日水价上涨3倍说起…… ②列举家庭生活中用水途径，举出所有可能的节水方法。本板块的教学主要目的在于给予学生自行收集相关资料、自主探究的起点，因为涉及的知识内容比较广，如果试图对每一个主题都进行展开是不切实际的，教学成本也过于高昂。教师可以选择性地向学生介绍以上的一些知识素材，激发学生开展自主探究的热情。介绍过程中教师应该注重这些自然现象或环境问题与物态变化规律之间的联系，使得学生进一步认识到人类在利用物态变化规律促进生产，提高生活质量的同时，也破坏了自然界原本在物态变化规律下形成的和谐，从而增强危机感，提高环保意识与法律意识。四、发展空间（一）“自我评价”参考答案 1.如图5-4-1： 图5-4-1 2.玻璃管耐受压强（压力）的限度是一定的，酒精被加热到某一确定温度，它施于玻璃管的压强（压力）刚好达到这一限度，因而玻璃管就会爆炸。（二）“家庭实验室”指导 1.根据水的沸点与压强的关系（P）,可见设计真空洗衣机，使水在常温下沸腾，产生大量气泡，而不需要洗衣粉（含磷洗衣粉也是造成环境污染的因素），在原理上是可行的。用一次性注射器，也可以制造“真空”，产生气泡。（三）“物理在线”指导可以举办专题讲座，可以指导学生通过因特网或到图书馆了解有关材料科学的历史和知识，理解“材料科学是人类进步的基石”这一论断的含义。（四）“走向社会”指导教科书安排的题目是：厨房里的物态和物态变化。这是一个实用的题目，借此，既可以观察了解材料和物态的有关知识，又可以经历物态变化过程，还可以通过调查家长，了解厨房里的炊具、灶具以及做饭、烧菜等方式的变革，感知科学、技术、社会的关系。教学中亦可依据需要和当地环境条件可能，安排其他学生实践活动。五、教学资源（一）教学视频 1.南极科学考察（参见“教师备课系统”光盘） 2.北极科学考察（参见“教师备课系统”光盘） 3.冰川（参见“教师备课系统”光盘）（二）参考资料 1.软物质发明“软物质”一词以代替美国人所称呼的“复杂流体”，推动这门跨物理、化学和生物学三大学科的交叉学科发展，并使凝聚态物理学向新世纪转型的第一人，就是1991年诺贝尔物理奖得主--热纳（Pierre-Gilles de Gennes）。热纳1932年生于巴黎，1957年获博士学位。最初，他的研究兴趣也是集中在硬物质方面。1968年起，他转而研究软物质，开始了液晶、聚合物物理、浸润动力学、附着机制的化学物理研究，并成为这些领域的开创者。与固体相比，这类物质缺少硬的结构，所以称之为软物质。但是，“软”并不是这类物质的主要特征。热纳对液晶与高分子聚合物以及胶体的研究显示，这些软物质因微弱的外力作用而改变状态的现象，与固体金属的超导相变极为相似。这使他渐渐对相变、序参数等概念有深刻的认识，证明了自然界从简单系统（如超导体）到复杂系统（如液晶、聚合物）都存在统一的相变规律。二十一世纪被认为是生命科学的世纪，从物质划代角度来看，这也是软物质的世纪。如果没有软物质，生命也不复存在。任何生物结构（包括DNA、蛋白质和生物膜）都是建筑在软物质的基础上。热纳在《固、特、异的软物质》一书中以橡胶为例，给软物质下了六个很深刻的定义。他指出，2500年前，亚马逊河流域的印第安土著就懂得用橡胶汁涂在脚上做靴子，但这种靴子只能穿一天--由于空气氧化，纯天然的橡胶很快就破碎了。直到1839年，美国人固特异发明了橡胶硫化处理技术，才使橡胶成为坚固耐用的材料。橡胶也就成了第一个实现工业化生产的聚合物。空气中的氧使橡胶长链分子断裂，而与氧同族的硫元素仅仅比氧的化学活性略差一点，却使长链分子结合得更好，这就是软物质的奇异特性：弱力引起强变化。热纳进一步指出，天然橡胶的每200个碳原子中，只有1个原子与硫发生反应。尽管化学作用如此微弱，却足以使物质的物理性质发生从液态到固态的巨大变化，胶汁变成橡胶。这证明了有些物质会因微弱的作用而改变状态，就如雕塑家以拇指轻压就能改变粘土的外形使之成为一件高贵的艺术品一样。这也正是软物质的基本定义。千百年来，人们就知道。一点骨胶可以让墨汁维持多年的稳定，一点卤汁可以使豆浆变成豆腐。日常生活中，几滴洗洁精会产生一大堆泡沫，一颗钮扣电池可以驱动液晶手表工作几年……这些例子都展现了软物质的神奇本质：只要提供相对微弱的作用力，它们就可以发生改变--从形状到性质的改变。生物系统的神奇之处也体现在这里：人们的肉眼能够感受到几千光年之遥的星系发出的光；一条嗅觉灵敏的狗，可以根据脚印中残留的气味跟踪某个人，并且在闹市中把这个人的踪迹跟其他人区别开来。生物系统展示着软物质的本质。（摘自欧阳钟灿《软物质》） 2.高压锅世界上第一只高压锅是1681年由法国的丹尼斯·帕平（ ）发明的。高压锅的工作原理是利用了水的沸点随着压强的增大而升高的规律，提高烹饪过程中水的温度，达到特殊的烹饪效果。目前广泛使用的高压锅基本结构如图5-4-2，主要由锅体、锅盖和安全阀组成。高压锅锅体与其他种类的锅并无差异；锅盖则可以与锅体扣在一起，并采用橡皮密封圈保持锅内封闭；安全阀是高压锅正常工作的关键器件，它的质量较大且经过精确计算，置于锅盖上方的出气口上。在烹饪过程中，给锅体持续加热，由于锅体密封，锅内气体压强逐渐增大，使得锅内水的沸点比常压时要高；当温度升至一定值时，锅内水沸腾；同时，持续上升的锅内气体压强产生了足够把安全阀推起的力，阀门被抬起，锅内的水汽得以排出。此时锅内水温已高于外界环境中的水的沸点，在这样的高温下产生的烹饪效果与常压下大有不同。一般设计民用高压锅的安全阀开启压强值约为2个大气压，沸腾温度约120℃左右．今天，我国的许多家庭都用上了高压锅，用这种锅做饭熟得快，很省时间。（资料来源：莫永超） 3.热管 1963年，热管诞生于美国Los Alamos国家实验室的G.M.Grover之手，它巧妙地利用了气液变化过程中的吸放热原理，具备了超过任何已知金属的导热能力。热管技术的原理比较简单，主要是利用工作流体的蒸发与冷凝来传递热量（热管工作流体涵盖从低温应用的氦、氮，到高温应用的钠、钾等液态金属；较为常见的热管工作流体则有氨、水、丙酬及甲醇等）。热管一般是由管壳、吸液芯和端盖三个部分组成。将管内抽至较高的真空度后充以适量的工作流体，使得紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管有两端，分别为蒸发端（加热端）和冷凝端（散热端），两端之间可根据需要采取绝热措施。当热管的一端受热时（即两端出现温差时），毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在压差之下流向另一端放出热量并凝结成液体，液体再沿多孔材料依靠毛细作用流回蒸发端。如此循环不已，热量得以沿热管迅速传递。由于蒸发——冷凝的传热过程中，管内工作流体处于饱和状态，因此热管几乎是在等温下传递热量。热管具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可随意改变，可远距离传热、可控制温度等优点，因此自诞生之日起即应用于宇航、军工等行业，而今在冶金、化工、交通、机械以及电子技术等行业都有了广泛应用。距离我们最近的对于热管技术的应用是日渐风行的PC机中的热管散热器，目前已有商家将之应用于CPU、GPU以及笔记本电脑的散热系统中。相比于传统金属散热器，热管散热器具备低噪声、高效能的技术优势，实现了“绿色”散热。（资料来源：莫永超）图5-4-2 【同步教育信息】一. 本周教学内容： 复习第四节（物态变化与我们的世界）及全章的内容 二. 知识与能力 1、了解物质内部来区别物质的不同状态。 2、了解物态变化在生活和技术中的应用。 三、过程与方法通过阅读比较能够从不同角度研究发现问题。 四、情感、态度与价值观通过本节知识的学习，培养学生爱科学的思想，认识科学改变世界的真理。 五、知识点分析（一）人类认识物态的历程固态、液态和气态是人们从宏观特征来区别物质的状态。随着科学的发展人们发现自然界中物质还有其他的存在形式，从物质的内部结构来考虑，人们发现了物质的一个个新的状态。 1. 等离子体：当气体被加热至上万摄氏度高温时气体将成为带电粒子组成的集合体，这种状态的物质叫等离子体。 2. 超固体：是原子核构成体，中子构成体及黑洞这类密度很大物态的统称。 3. 软物质：20世纪后期科学家认识到的一种物质形态，如：液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物质、生命物质等，是科技进步的产物，统称为软物质。（二）物态在改变着世界 1. 从青铜器到太空晶体材料的发现和利用，是人类文明的象征。 2. 从蒸气机到热管（1）蒸气机的基本原理：水沸腾变成蒸汽，高压蒸汽能推动活塞运动。由蒸汽来驱动叶轮转动，这样的装置叫蒸汽轮机。常用在远洋轮船和发电站中。（2）为什么热管的传热本领比一般金属高出几千倍，甚至上万倍呢？当热管的热端受热时，吸液芯里的液体吸收热量，变成气态。蒸汽即在管子里跑到冷端，在管壁上遇冷，放出热量，液化变成液态。冷凝后的液体通过吸液芯，又回到热端。这一过程会循环进行，不断地将热端的热量带向冷端。（三）利用物态变化创造现代生活物态变化规律的应用促进人类文明的发展。如：高压锅、电冰箱等附：电冰箱的致冷原理电冰箱的基本作用是致冷，即把冰箱中的热转移到箱外，使温度维持适当的低温，冰箱的致冷是靠制冷剂在致冷系统中周期性循环，反复进行由液到汽，由汽到液的物态变化，从冰箱中吸热，散放到周围的空气中，致冷剂的循环是靠压缩机不断对致冷剂做功来实现的。致冷剂是一种能在低温下沸腾的液体，当它沸腾时吸收热量，达到降温的目的。普通冰箱一般用氟利昂作致冷剂，它在一个标准大气压下的沸点是-29.8℃，通常情况下是无色、无味、无毒的透明气体，不会燃烧及助燃，没有发生爆炸的危险，纯净氟利昂对金属无腐蚀性。电冰箱的致冷系统由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器等四大部件组成的，整个系统应该是密封的，不会发生泄漏，要求致冷剂能永久使用。其循环的过程是：高温高压致冷剂气体从压缩机排出，经排气管进入冷凝器，在这里致冷剂将热量散发给箱外的空气，致冷剂由气体冷凝成高压的致冷液体，然后进入吸收过滤作用的过滤器（干燥）中，接着经毛细管到达蒸发器，由于毛细管通道狭小，阻力极大，起到限制节流的作用，使进入蒸发器的致冷剂液体压强显著降低，沸点也相应降低，极少部分致冷剂发生汽化，剩下的大部分致冷剂液体温度进一步降低，进入蒸发器后的致冷液体，因其处于低温低压状态，便大量吸热而汽化，从而达到致冷目的。致冷剂从蒸发器出来后，经过回气管再回到压缩机，进入下一循环。 本章知识系统网络 物质状态及其变化 【典型例题】例1：0℃冰要比0℃水冷些吗？分析与解：温度表示物体冷热程度，温度低的就“冷”些，温度高的就“热”些，由于冰和水的温度都是0℃，所以0℃的冰和0℃的水冷热程度是相同的。 例2：我们知道远离地球的太空温度较低，飞行着许多石块，当它们以很短的时间以极快的速度落在地球上时，就是人们常说的陨石。1860年在炎热的印度等地上空出现了一条很大的火光，一个白炽的物体落在沼泽地里，人们跑去一看，十分惊奇，在陨石降落的地方，却出现一个大冰块，应该怎样解释这个自然现象？答案：陨石是热的不良导体，飞行的陨石穿过大气层的时间很短，陨石表面和大气摩擦产生的热，短时间内来不及传入陨石内部。当陨石落入水中，由于水的汽化吸收了大量的热，陨石的表面很快冷却，而内部极低的温度又使它的表面接触的水凝固成一层冰。例3：用纸做的锅里装些水，放到火上加热，过一会儿水就沸腾了，而纸锅却不会着火，为什么？ 答案：因为纸的着火点（183OC）比水的沸点（100OC）高，而水沸腾时保持100 OC不变，温度达不到纸的着火点，所以纸锅不会着火。例4：喝开水时，如果感到热开水烫口，一般都向水面吹气，这是什么缘故？ 答案：这是因为液体蒸发时温度会降低，也就是说液体蒸发有致冷作用。向水面吹气，可以加快水面上的空气流动，液体表面上的空气流动得越快，蒸发也就越快，这将会加快水温的降低，使热开水不会烫口。例5：你平时怎样晒衣服才快干，为什么？ 答案：把衣服用衣挂摊开，挂在阳光下并且通风的地方。因为加快液体蒸发的因素有：增大液体的表面积、提高液体的温度和加快液面的空气流动。把衣服摊开是增大水的表面积，挂在阳光下是提高水的温度，挂在通风的地方是加快水面的空气流动，这三点都利用起来，从而使衣服中的水蒸发得更快，衣服就干得快。例6：夏天，游泳后刚从水中上岸会感到冷，如果有风，甚至会冷得打颤，为什么？ 答案：因为游泳后从水中上岸，身上沾的水就会蒸发，吸收周围的热量，使皮肤的温度下降，所以会感到冷；当有风吹来，使水蒸发得更快，吸热也加快，从而皮肤温度更快下降，所以就会打冷颤。【模拟试题】一. 选择题： 1. 锡的熔点是232℃，那么232℃的锡： （ ） A. 一定是固态； B. 一定是液态； C. 一定是固、液混合态； D. 可能是固态、可能是液态、也可能是固、液混合态。 2. 下面的几个现象中，属于凝华的现象是： （ ） A. 夏天，一打开冰柜，上面冒着“白气”； B. 北方的严冬，玻璃窗内壁上结了一层冰花； C. 清晨，室外树木上出现露珠； D. 白炽灯丝时间用长了会变细。 3. 用水银温度计测沸水的温度时，当把温度计插入沸水后，在温度计的示数逐渐变大的过程中，在某一时刻温度计所示的温度表示的是：（ ） A. 房间的室温； B. 沸水的温度； C. 该时刻温度计内水银的温度； D. 什么也不表示。 4. 在18℃的教室里，将温度计从装入酒精的瓶中取出，则温度计的示数将：（ ） A. 立即上升； B. 先下降后上升； C. 先上升后下降； D. 不变。 5. 在舞台上喷洒干冰（固体二氧化碳）可产生“白云”，使舞蹈演员好象在云中飞舞。舞台上的这种“白云”是 （ ） A. 二氧化碳气体迅速液化的小液滴； B. 干冰熔化后再蒸发形成的二氧化碳气体 C. 干冰迅速升华后变成的气体； D. 干冰使空气中的水蒸气液化成的小水珠 6. 用降温分离空气中的氧气、氮气和二氧化碳，已知它们沸点各是－183℃ 、－196℃和－78℃。当把空气降温时，首先被液化分离的是： （ ） A. 氧气； B. 氮气； C. 二氧化碳； D. 不一定。 7. 把冰水混合物移到－10℃房间内，那么冰水混合物的温度：（ ） A. 低于0℃； B. 一定是0℃； C. 高于0℃； D. 可能是0℃。 8. 把酒精从水和酒精的混合液中分离出来，是利用了： （ ） A. 气味不同； B. 沸点不同； C. 熔点不同； D. 凝固点不同。 9. 冰在冰水混合物中逐渐熔化时： （ ） A. 冰的温度升高，水的温度不变； B. 冰的温度不变，水的温度升高； C. 冰和水的温度都升高； D. 冰熔化成水，冰水混合物的温度不变。 10. 甲、乙两只标准水银温度计，甲玻璃泡的容积比乙大些，但温度计的内管直径相同，当周围温度改变时： （ ） A. 甲水银柱长度变化比乙大，因此甲的读数比乙大； B. 甲水银柱长度变化比乙大，因此甲的读数比乙小； C. 甲水银柱长度变化比乙大，但甲、乙读数相同； D. 甲、乙水银柱变化相同，读数也相同。 11. 用来发射卫星的火箭，在它头部涂了一层特殊的物质。这种物质可以避免火箭因高速运动时与空气作用产生高温而被毁坏的危险。能起这种作用的主要原因是： （ ） A. 材料坚硬，不怕热； B. 材料不传热 C. 材料非常光滑，不易与空气作用生热； D. 材料受热熔化、汽化时吸收了与空气作用产生的热。 12. 水壶中的水沸腾后仍放在火炉上加热，水壶中水温度将：（ ） A. 升高； B. 不变； C. 忽高忽低； D. 降低。二. 多项选择题： 1. 下列属于液化现象的是： （ ） A. 夏天草木上出现露珠； B. 冬天，冰冻的衣服也会晾干； C. 火车的机车冒出的“白气”； D. 雾的形成。 2. 下列各例中属于物质熔化的是： （ ） A. 盐放入水中溶解成盐水； B. 加热钢锭使其成为钢水； C. 雪糕在口中化成水； D. 秋天的早晨树叶上出现水珠。三. 填空题： 1. 冰、石英、玻璃、水晶、明矾、属于晶体的是：（ ）。 2. 饺子在水中煮，怎么煮也不会发黄变焦，而在油中炸，一会儿就变焦黄了，其原因是：（ ）。 3. 在寒冷地区测室外温度应选用酒精温度计，其原因是酒精的（ ）。四. 实验题：在“观察水的沸腾”实验中：（1）实验器材除了烧杯、水、铁架台、石棉网、火柴、中心有孔的纸板、钟表外，还需要（ ）和（ ）。（2）沸腾的时候，水中发生（ ）汽化现象，形成大量（ ）上升、变大，到水面破裂开来。在水沸腾时，虽然继续加热，但温度（ ）。（3）使用温度计以前，应该（ ）和（ ）。五. 问答题：俗话说：“霜前冷，雪后寒”这里面有什么道理？【试题答案】一. 选择题： 1. D 2. B 3. C 4. B 5. D 6. C 7. B 8. B 9. D 10. D 11. D 12. B 二. 多项选择题 1. A C D 2. B C 三. 填空题： 1. 冰、石英、水晶、明矾 2. 因为油的沸点比水的沸点要高 3. 凝固点低四. 实验题（1）温度计、酒精灯（2）剧烈地、气泡、不变（3）观察它的量程、观察它的分度值五. 问答题因为霜的形成是在气温为0℃以下，空气的水蒸气直接凝华形成霜，所以霜前冷；又因为雪后是熔化的过程，要吸收周围空气中的热量，使周围的温度降低，所以雪后寒。
【励志故事】公平一座庙里的石地板，对香客膜拜、香火不断的石佛愤愤不平：“你我同是石头，来自同一座山，为什么你能高高在上，享受千人朝拜、万人供奉？”佛像略一沉思后微笑道：“贤兄，世间事大体是十分公平的。你我的确材料相同，来自同一座山！但在你出山之前，师傅只是嚓嚓几下子，把你劈得方方正正送出山。在你走后的三年中，师傅对我砍呀、凿呀、刻呀、磨呀，从未间断，我才成了今天的样子。既然出山前我们的历练不同，今天的际遇又有什么不公平呢？” 的确，在我们的学习生活中，有许多事，公平与不公平，就看你从什么角度看问题。
