资源简介

4.3 熔化和凝固
教学背景
一、课标分析
该内容位于初中物理第四章第三节，围绕物质熔化和凝固的规律展开。依据《义务教育物理课程标准（2022）》“物态变化”主题要求，通过探究海波与石蜡熔化特点，落实“科学探究”素养目标：学生需经历用温度计测量并记录数据的完整过程，学会绘制和分析温度—时间图像，归纳晶体与非晶体的区别，理解熔点、凝固点及吸放热规律。教材将古代冶炼实例与实验探究结合，体现“物理联系社会”的课标理念，通过对比两种物质熔化图像，渗透控制变量法与科学推理思维，为解释自然现象和后续物态变化学习奠定基础。
二、教材分析
本节以熔化和凝固现象为切入点，衔接物态变化与热学基础，突出物质状态转变中的吸放热规律，体现物理与生活的联系。知识体系围绕晶体与非晶体的熔化特点展开，通过实验探究 图像分析熔点、凝固点等核心概念，强调数据记录与图像处理能力。重点是理解晶体有固定熔点而非晶体无，难点在于从图像中提取温度不变段并正确解释其物理意义。教学宜采用对比实验法，引导学生观察海波与石蜡的熔化差异，建构晶体与非晶体分类模型。学习活动以小组实验为主，经历“加热—记录—绘图—分析”全过程，发展科学推理与证据意识。目标定位为能说出常见晶体与非晶体实例，会描述熔化吸热、凝固放热，理解同种晶体熔点与凝固点相同，最终通过图像比较达成对物态变化规律的认知进阶。
三、学情分析
学生此前已学过温度、物态变化的概念及水的沸腾实验，具备初步的观察和图像分析能力。初中阶段学生逻辑思维逐步发展，能进行简单实验操作和数据记录，但对抽象物理过程（如晶体熔化时温度不变）的微观解释能力较弱，易混淆晶体与非晶体的熔化特点。教材重点是晶体与非晶体在熔化、凝固过程中的温度变化差异（晶体有固定熔点/凝固点且吸放热，非晶体无）及熔点、凝固点的概念，难点在于通过温度-时间图像分析物态变化规律及实验现象的准确归纳，要求学生掌握规范实验操作（如水浴加热、数据记录），能区分晶体与非晶体，并理解熔化吸热、凝固放热的应用。
教学目标
物理观念：
知道熔化和凝固的概念；能区分晶体与非晶体，记住晶体有固定熔点和凝固点且二者相同，非晶体没有；理解熔化吸热、凝固放热。
科学思维：
通过比较海波与石蜡熔化图像，培养分析归纳能力；能运用晶体和非晶体概念解释熔化凝固现象差异。
科学探究：
经历探究海波、石蜡熔化的实验，提升观察、数据记录与图像绘制能力；通过分析温度-时间图像，学习用图像法处理数据。
科学态度与责任：
了解我国古代冶金技术成就，增强民族自豪感；认识熔化凝固在生活中的应用，培养科学探究兴趣和实事求是的态度。
重点难点
教学重点
通过实验观察，理解熔化和凝固的概念及特点。
结合实验数据，掌握晶体与非晶体的区别及熔点的含义。
教学难点
准确分析晶体熔化过程中温度保持不变的原因。
理解非晶体熔化过程中温度持续升高的现象。
课前任务
一、预习任务
阅读教材，理解熔化、凝固的定义，能举例说明生活中常见的熔化和凝固现象。
了解探究海波与石蜡熔化特点的实验步骤，知道海波熔化时的温度特点，比较二者熔化图像的不同。
理解晶体和非晶体的概念及区别，知道熔点和凝固点的定义，了解常见的晶体和非晶体，明确熔化吸热、凝固放热。
二、课前小测
物质由固态变为液态的过程叫做____，物质由液态变为固态的过程叫做____。
海波熔化时的温度是____℃，海波在熔化过程中继续加热，温度____。
像海波那样，有固定熔化温度的固体叫____；像石蜡那样，没有固定熔化温度的固体叫____。
晶体熔化时的温度叫做____，物质从液态凝固为晶体时的温度叫做____。
物质在熔化过程中要____热，在凝固过程中要____热。
答案
熔化；凝固
48；保持不变
晶体；非晶体
熔点；凝固点
吸；放
教学过程
一、课堂导入
冬天早上起床时，你发现窗玻璃上结了一层厚厚的冰花，仔细观察会看到有的地方结得厚，有的地方薄，甚至有些水珠在玻璃上缓缓滑落。妈妈做饭时，锅里的水烧开后冒出大量“白气”，这些“白气”升到空中却不见了。你有没有想过，同样是水，为什么有时会变成坚硬的冰，有时却是流动的水，甚至会变成看不见的水蒸气？更奇怪的是，冰在化成水的时候，温度计显示温度一直停在0℃不动，直到完全化成水才继续升温，这说明了什么？难道物质在状态变化时藏着某种不变的秘密吗？
二、探究新知
（一）熔化和凝固
情境导入
展示两幅生活场景：①冰块在阳光下逐渐化成水；②蜡烛燃烧时蜡液滴落后重新凝固。
引导提问：这两种现象中物质状态发生了什么变化？为什么金属加热后会变成液态？铸造工艺中为什么要将金属熔化成液态？
探讨分析
现象观察
对比冰块熔化和蜡液凝固过程，发现物质状态变化是可逆的；
观察《天工开物》铸釜图，理解液态金属浇铸成型的过程。
概念建立
通过冰→水、蜡液→蜡块的变化，归纳出：
熔化：固态→液态（吸热）
凝固：液态→固态（放热）
结合青铜器铸造实例，说明熔化凝固在冶金中的应用。
归纳总结
核心知识
熔化：物质从固态变为液态的过程（如冰化水）；
凝固：物质从液态变为固态的过程（如水结冰）；
应用：金属铸造利用熔化和凝固实现塑形。
生活联系
冬季道路撒盐融雪（熔化吸热）；
制作冰雕（水凝固放热）。
实践思考
观察家中食用油在冬季和夏季的状态差异，说明温度对物质状态的影响。
答案：冬季低温时食用油可能出现凝固现象，夏季高温时保持液态，说明温度变化会导致物质发生熔化和凝固。
（二）熔化和凝固的特点
情景导入
请同学们两人一组，完成两个探究实验：
实验一：按照图4-3-2装置加热海波，记录温度变化并绘制熔化图像；
实验二：用相同装置加热石蜡碎屑，记录温度变化并绘制熔化图像。
引导提问：两种物质熔化时温度变化有何不同？为什么海波熔化时温度保持不变而石蜡持续升温？
探讨分析
实验观察
实验一：海波在48℃时开始熔化，持续加热过程中温度保持不变，完全熔化后温度继续上升。
实验二：石蜡从40℃开始逐渐软化，整个熔化过程温度持续升高，没有固定熔点。
对比分析
通过两组温度-时间图像对比发现：海波熔化时存在温度平台（48℃），而石蜡熔化时温度曲线呈持续上升趋势。
归纳总结
核心知识
熔化特点：海波等物质在熔化时保持温度不变，石蜡等物质熔化时温度持续上升。
凝固特点：海波凝固时温度保持不变，石蜡凝固时温度持续下降。
生活联系
冬季道路撒盐融雪利用了某些物质熔化吸热且温度不变的特点；
蜡烛燃烧时蜡液滴落过程体现了非固定熔点的熔化特性。
实践思考
尝试用温度计测量冰块熔化时的温度变化，观察其是否符合海波的熔化特点？
答案：冰块熔化时温度保持在0℃不变，与海波熔化特点相同，说明冰具有固定熔点。
（三）晶体和非晶体
情景导入
请同学们观察两个实验现象：
实验一：用酒精灯加热装有海波的试管，记录温度计示数变化；
实验二：用同样方法加热装有石蜡的试管，记录温度变化曲线。
引导提问：为什么海波熔化时温度保持不变，而石蜡熔化时温度持续上升？这两种固体在熔化过程中有什么本质区别？
探讨分析
实验观察
实验一：海波在48℃时开始熔化，持续吸热但温度不变，完全熔化后温度继续上升。
实验二：石蜡从开始加热就逐渐变软，温度持续上升，没有固定的熔化温度。
对比归纳
关键差异：海波有固定熔化温度（熔点），石蜡没有固定熔化温度。
共同特征：两种物质熔化时都需要持续吸热。
归纳总结
核心知识
晶体：具有固定熔点的固体（如海波、冰），熔化时温度保持不变。
非晶体：没有固定熔点的固体（如石蜡），熔化时温度持续上升。
熔点与凝固点：同种晶体的熔点和凝固点相同，非晶体则没有。
生活联系
冰水混合物温度始终为0℃（晶体特性）；
蜡烛燃烧时蜡液温度持续升高（非晶体特性）。
实践思考
观察家中正在加热的黄油（非晶体）和冰块（晶体），描述它们状态变化时的温度特点。
答案：黄油会逐渐变软直至完全熔化，过程中温度持续上升；冰块在完全熔化前保持0℃不变。
三、课堂练习
【题1】如图所示，我国古代科技著作《天工开物》中，对釜的铸造有“铁化如水，以泥固针铁柄勺从嘴受注”这样的记载，其中“铁化如水”描述的物态变化是（　　）
A．凝固 B．熔化 C．液化 D．汽化
【答案】B
【题2】在“探究固体熔化特点”的实验中，得到了甲、乙两种固体熔化时温度随时间变化的图像，如图所示。小组同学分析图像后，得出以下结论，其中正确的是（ ）
A．甲属于非晶体，乙属于晶体
B．甲物质的熔化过程持续了6min
C．在第6min时，甲处于固液共存态
D．甲在ab段温度不变是因为没有吸热
【答案】B
【题3】我国首次赴南极考察队，于1984年11月20日从上海起程，历时3个月，横跨太平洋，穿越南北半球，航程26000余海里，在南极洲南部的乔治岛建立了我国第一个南极科学考察基地--中国南极长城站，南极平均气温为-25℃，最低气温达-88.3℃，在那里用的液体温度计是酒精温度计，这是由于（　　）
A．酒精有较高的凝固点 B．酒精有较低的凝固点
C．酒精有较高的沸点 D．酒精有较高的熔点
【答案】B
课堂总结
熔化和凝固
定义：固态变液态为熔化，液态变固态为凝固
晶体熔化特点：有固定熔点（如海波48℃），熔化时吸热但温度不变
非晶体熔化特点：无固定熔点（如石蜡），熔化时温度持续升高
凝固特点：晶体有固定凝固点（与熔点相同），非晶体无凝固点
能量变化：熔化吸热，凝固放热
晶体与非晶体区别
晶体：有固定熔点/凝固点（海波、冰、金属等）
非晶体：无固定熔点/凝固点（石蜡、玻璃、沥青等）
教学反思
本节课围绕熔化和凝固展开，通过探究海波和石蜡的熔化特点，引导学生理解晶体与非晶体的区别，掌握熔点、凝固点概念及物态变化中的吸放热规律。教学基本达成课程目标，学生能区分晶体与非晶体，理解熔化吸热、凝固放热等核心知识。成功之处在于实验设计对比鲜明，有助于培养观察能力和数据分析能力；联系古代冶金技术，增强了文化自信。不足之处在于对熔化过程中微观粒子行为的解释不足，部分学生对“温度不变”仍存疑惑，实验时间控制较紧，影响数据完整性，后续需加强微观模型辅助教学和实验操作指导。
拓展迁移
在科技馆或建筑中，有一种智能调温材料，秘密藏在微小的胶囊里——里面装着特殊的晶体材料。当室内温度升高，胶囊内晶体吸收热量慢慢熔化，让室温回升减慢；当夜晚温度降低，熔化的液态晶体又会放热凝固，把热量还给周围环境。这种“吸热—熔化—放热—凝固”的循环，使温度维持在人体舒适的范围内。其实，蜡也是相变材料，但石蜡是非晶体，没有固定的熔点，调温效果不如晶体材料稳定。
问题：为什么用晶体材料做相变涂料比石蜡更适合智能调温？
答案：晶体熔化时吸热、凝固时放热，且有固定的熔点（凝固点），调温时能维持在特定温度附近，效果稳定；石蜡是非晶体，没有固定的熔点（凝固点），熔化和凝固时温度不断变化，调温不稳定，所以晶体材料更合适。
板书设计
熔化和凝固
定义：固→液为熔化，液→固为凝固
实例：冰化水（熔化），水结冰（凝固）
实验探究
海波熔化特点：48℃恒温熔化
石蜡熔化特点：温度持续升高
图像特征：晶体有平台，非晶体无平台
晶体与非晶体
晶体：有固定熔点（海波/冰/金属）
非晶体：无固定熔点（石蜡/玻璃/沥青）
规律：同种晶体熔点=凝固点
热传递规律
熔化吸热，凝固放热
课后任务
学生查阅《考工记》《天工开物》中关于青铜器铸造的记载，对比教材中晶体熔化凝固的特点，结合家里的铁锅（铁是晶体），观察铁锅受热升温、关火冷却的状态变化，从物理晶体熔化凝固规律角度分析古代青铜器铸造的温控原理，撰写小短文阐述物理知识对古代手工业的支撑作用。

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