资源简介

八年级物理大单元设计
第三单元 物态变化
单元概述
【单元内容】
本单元主要介绍了温度、物质的三态，以及三种物态之间的变化过程。通过本单元的学习，可以使学生了解温度，会正确使用常用的温度计测量温度，知道熔化和凝固。汽化液化、升华和凝华等自然现象中蕴含的物理知识。物态变化的现象与学生的生活联系紧合，趣味性强，没有太多定量的计算。另外，本单元涉及的科学探究活动较复杂，因此首次安排了完整的科学探究活动--“探究固体熔化时温度的变化规律”，以帮助学生财科学探究建立完整的认识，培养科学探究能力。
温度是物理学的一个基本概念。作为热学的基本测量工具，温度计在本单元的各个实验中是不可或缺的。为了帮助学生知道温度的知识和学会使用温度计，教材首先引导学生认识到仅仅通过感觉是不可靠的，从而认识到使用测量工具(温度计)的必要性。随后通过自制温度计，帮助学生理解温度计的原理，并在此基础上，引人了摄氏温度的概念。最后，在简单介绍温度计的量程和分度值的基础上，通过实验“用温度计测量水的温度”让学生掌握温度计的使用方法。这样的处理思路，通过展现物理知识之间的逻辑性，可以较好地帮助学生理解概念、掌握技能。
在认识温度的基础上，教材介绍了固态、液态和气态这三种常见的物质状态，并指出随着温度的变化，物质会在各种状态之间发生变化。熔化和凝固、汽化和液化是生活中很常见的物态变化过程，因此先进行了介绍。在对不同物质熔化规律的探究基础上，学生对于熔点和凝固点就有了清晰的认识，从而建立了晶体和非晶体的概念。与熔化和爱固相似，汽化和液化的安排也经历了实验探究，通过实验认识沸点，吸、放热分析这样的过程，所不同的是汽化除了沸腾还有蒸发。升华和凝华的介绍虽然简单得多，但也是从实验开始编排的。在“STS水循环”栏目中，借助水的物态变化过程，培养学生关心环境、节约用水的意识。
本单元的主要内容有温度、温度计及其使用、熔化和凝固、蒸发和沸腾、液化、升华和凝华.由于热现象和实际生活联系密切，所以中考命题思路和类型较多，常见题型有填空题、选择题、实验探究题和简答题等.由于中考逐年注重实验操作能力和应用知识能力方面的考查，因而温度计的使用、物态变化的图象和对各种物态变化现象的科学探究仍是今后中考命题的热点.在解答题目时,特别要注意物质在发生物态变化时，需要吸收或放出热量,但晶体在熔化和凝固时、液体在沸腾时温度却保持不变.另外还要注意各学科知识的联系和应用，特别是数学知识在物理中的实际应用,要学会对各类图象进行分析。
学情分析
1.学生对本单元内容原本就有一定的基础,对一些物态变化现象并不陌生,且教学要求不高，主要是了解一些基本的规律，然后应用这些规律解决生产和生活中某些简单的问题，理解起来并不困难.所以，要将培养学生的设计能力、动手实验能力和合作探究能力作为本单元的重点。
2.对于“白气”就是“水蒸气”、摸起来热的物体温度一定高、摸起来冷的物体温度一定低等学生凭自己的主观想象或经验、 最感受获得的错误信息，要及时纠正,教师可鼓励学生多搜集资料并互相交流讨论，让学生真正理解这些知识。
3.学生虽然熟悉生活中的各种物态变化现象，但区分起来，却不知从何入手，教师可多举例，讲明分析的恩路和判断的依据。
4.有些学生在实验过程中观察不够仔细或没有耐心，教师可适当引导,如注意物态变化前后温度的变化,出现了什么现象等。让学生自己去发现、归纳,从而激发学生学习的积极性。
【课标要求】
1.1.1 描述固、液和气三种物态的基本特征。列举自然界和生活中不同状态的物质及其应用。
1.1.2说出生活环境中常见的温度值。了解液体温度计的工作原理，会用常见温度计测量温度。尝试对环境温度问题发表自己的见解。
1.1.3 经历物态变化的实验探究过程，知道物质的熔点、凝固点和沸点，了解物态变化过程中的吸热和放热现象。用物态变化的知识说明自然界和生活中的有关现象。
1.1.4 用水的三态变化说明自然界中的一些水循环现象。了解我国和当地的水资源状况，有关心环境和节约用水的意识。
【单元学习目标】
1知道温度及摄氏温度的规定
2.通过观察和实验，了解温度计的结构及工作原理。
3.会用温度计测量温度。
4.了解一些生活环境中常见的温度值，感受物理与生活的紧密联系。
5.通过“用温度计测量水的温度””的实验，学会温度计的使用方法，体会观察和测量的意义。
6.能区别物质的气态，液态和固态三种形态，知道物质的固态和液态之间是可以转化的。
7.了解熔化和凝固，能用熔化和凝固的知识解释生活中的现象。
8.知道熔化曲线和凝固曲线的物理含义。并知道晶体和非晶体的区别。
9.通过探究实验，使学生学会用图象探究物理规律的方法。
10.知道物质的液态和气态之间是可以转化的。了解汽化和液化，解释生活中的有关现象。
11.能通过实验观察水的沸腾现象，了解沸点的概念。
12.能区别沸腾和蒸发。
13.能通过实验，用图象描述水沸腾时温度的变化情况。知道沸腾图象的物理含义，进一步体会图象在探究物理规律中的作用。
14.通过观察碘的升华与凝华实验，了解物质的固态和气态之间是可以直接转化的。
15.知道升华和凝华，了解升华要吸热，凝华要放热。
16.能用升华和凝华的知识，解释生活中的现象。
17.了解水循环过程中水的三态变化，培养关心环境和节约用水的意识。
【单元情境】
这里的水不肯沸腾，于是科学家决定加点冰
想要把水烧开，要用热源对水加热，可是热源如果热过头了，水反而不会再吸收热量了。这被称为“莱顿弗罗斯特效应”，由于这个效应，在需要对高温物体快速降温时，水反而不是一种很好的传热介质。而最近的一项研究提供了替代方案：不要用水，而要用冰传热。
高温反而不沸腾？
众所周知，水存在固态、液态、气态三相。在1标准大气压下，把固态的冰加热到0℃，它会融化成液态的水；继续把水加热到100℃，它会沸腾汽化成气态的水蒸气。这是生活常识，也是人们对“相变”这种物理现象最直观的认知。
然而这个常识并非在任何情况下都奏效。比如，如果将水滴到150℃的铝板上会发生什么？人们大概会觉得，热源的温度已经高于水的沸点了，水滴接触铝板后应当迅速汽化。然而如果你做一做实验，比如炒菜时，先把平底锅加热，再倒上水，你会发现水滴会悬浮在锅底上滑来滑去，维持一段时间的液态而不是迅速蒸发成水蒸气。这种现象人们很早就发现了，德国医生和神学家约翰·莱顿弗罗斯特（Johann Leidenfrost）在1751年最早描述了这种现象，因此它也被命名为“莱顿弗罗斯特效应”。
水在接触温度高于水沸点的热源后，反而不会沸腾，而是保持液态，这是为什么呢？原因其实很简单，水滴和高温热源的接触面上会蒸发出一个隔热的水蒸气层，它隔开了顶部的水和热源继续接触，从而阻断了整个水滴的沸腾过程。莱顿弗罗斯特效应带来了一些麻烦，如果你想让水尽快沸腾得到水蒸气的话，这个效应阻碍了热源向水传热的过程。早在蒸汽时代，许多锅炉设计师就发现，温度高的锅炉产生蒸汽的效率反而更低。另外，液态水经常被用作一种导热介质，而莱顿弗罗斯特效应的存在，使得在对一些高温物体降温的操作中，液态水并没有那么高效。
而2022年1月发表在《物理评论·流体》的一篇论文中，研究人员发现了一件好玩的事情：如果想要把热量从热源上迅速地转移，你不应该往热源上加水，而应该加冰。
冰无法悬浮
一开始，来自美国弗吉尼亚理工大学的研究人员好奇的问题是，莱顿弗罗斯特效应在冰接触高温热源时会不会也能发生，从而造成水蒸气、水、冰共存在热源上的现象。大约在五年前，本科生丹尼尔·库苏马诺（Daniel Cusumano）在实验中观察到，即使把铝板加热到150℃以上，与之接触的冰也不会像水一样悬浮起来。库苏马诺继续提高铝板温度，他发现，让冰悬浮起来的临界温度要高得多：大约550℃。没有到达这个临界温度时，冰接触热源，下层会融化成融水层，但融水层在接触热源时会保持液态，而不会汽化出一个蒸汽隔热层。这意味着融水层可以源源不断地从热源吸热。
冰层下面发生了什么，让接触高温热源的液态水依然保持液态？不久之后，研究生穆杰塔巴伊（Mojtaba Edalatpour）重新启动了这项研究。他和副教授乔纳森·博瑞科（Jonathan Boreyko）合作建立了数值模型，以模拟冰在高温热源上的热传导过程。他们发现，问题的关键在冰下面融水层的温差上：融水层接触热源的一面温度固定在100℃，而接触上层冰面的一面温度固定在0℃。融水层从热源吸收的绝大部分热量都用来维持这个温差了，只有一小部分能量可以用来产生蒸汽，导致融水层和热源的接触面上并不会形成隔热蒸汽层。
以0.2倍慢放的冰接触高温热源的变化过程。冰接触热源时，下部的融水层保持液态持续吸热，全部融化后，出现莱顿弗罗斯特效应，水悬浮了起来。
博瑞科解释说，冰难以产生莱顿弗罗斯特效应其实是一件好事，这种情况下传热效率更高。“一旦水在热源表面悬浮，传热过程就会受阻。所以，对于热传递来说，莱顿弗罗斯特效应是很糟糕的。”
高效传热
传递热量的需求在生活中如此常见——例如，我们需要冷却计算机服务器和汽车的引擎，因此需要找到一种物质或机制，可以将能量从热表面移走，迅速重新分配热量，以减少零件的热损耗。而水又是经常用到的传热介质，所以避免莱顿弗罗斯特效应是很有必要的。
由于博瑞科团队的这个发现，我们可以期待在一些实践中用冰代替水来传热。比如在核电站，当发生电力故障时，用冰导热快速冷却或许可以成为一种应急措施。在冶金方面也有潜在的应用。为了生产合金，必须在较短时间内对成形的金属进行淬火，使其温度迅速降低，这样得到的合金才能拥有更高的强度。如果在淬火过程中使用冰而不是水，由于避开了莱顿弗罗斯特效应，热量得以迅速释放，从而能更迅速地冷却金属。
博瑞科还预见了这种热传导方法在消防上的应用潜力。他说：“你可以想象一下，用一根特制的软管来喷洒冰屑，而不是喷水，这样可以更高效地扑灭明火。这不是小说剧情，我参观过一家拥有冰管道的航空公司，他们已经有了这种技术，用喷嘴喷射出冰粒而不是水滴来灭火。”
或许对于普通人来说，如果想体验一下冰不发生莱顿弗罗斯特效应带来的好处，下次在炒菜前需要加水时，可以换做加冰试一试。
要想了解更多神奇的物态变化，让我们一起学习本单元知识吧！
【单元学科素养】
1.物理观念：
十五个概念——温度、物态变化、熔化、凝固、晶体、非晶体、熔点、凝固点、汽化、液化、蒸发、沸腾、沸点、升华、凝华。
两个区别——晶体和非晶体的区别、蒸发和沸腾的区别。
2.物理思维：两种方法——控制变量法、图象法。
3.科学探究：三个实验——探用温度计测量水的温度、探究固体熔化时温度的变化规律、探究水沸腾时温度变化的特点。
4.科学态度与责任：通过对生活中常见现象的深入探究和理解，掌握物理规律，培养学生认识科学本质，形成探索自然的内在动力。
【学习导航】
单元名称 学习内容 学习任务 学时
物态 变化 1.温度和温度计 1.理解温度的概念,了解温度计的结构及工作原理。 2.会使用温度计、体温计测量温度。 3.知道生活中常见的温度值,尝试对环境温度问题发表自己的见解。 4.通过“用温度计测量水的温度”实验,了解温度计的使用方法。 1
2.物态变化 1.会描述固、液和气三种物态的基本特征,通过具体实例了解三种物态是可以相互转化的。 2.了解熔化和凝固，能用熔化和凝固的知识解释生活中的现象。 3.知道液态和气态之间是可以相互转化的,了解汽化和液化现象。 4.能区别蒸发和沸腾,了解液化的方法。 5.了解物质在固态和气态之间是可以直接相互转化的。 6.知道升华和凝华的概念及特点,知道升华吸热、凝华放热。 7.能用升华和凝华的知识解释生活中的现象。 2
3.探究固体熔化时温度的变化规律 1.通过探究固体熔化时温度的变化规律,感知物质发生状态变化的条件。 2.知道晶体和非晶体的区别,知道晶体、非晶体熔化(凝固)时的图象特点。 3.知道不同晶体的熔点不同，同种晶体的熔点和凝固点相同。 1
4.探究水沸腾时温度变化的特点 1.能通过实验观察水的沸腾现象,了解沸点的概念。 2.能用图象描述水沸腾时温度的变化情况,理解沸腾的条件及图象的意义。 1

展开更多......

收起↑