资源简介

4.4 升华和凝华
教学背景
一、课标分析
该内容位于初中物理第四章第四节，属于“物质”主题下物态变化部分。依据《义务教育物理课程标准（2022）》要求，需通过观察碘升华与凝华实验，引导学生认识物态变化中吸放热规律。本节以直观现象建构概念，落实“科学探究”素养，强调实验观察与证据归纳，促进学生对自然界常见物态变化现象的解释，体现“物理与生活”的联系，为后续理解水资源循环奠定基础。
二、教材分析
本节围绕升华与凝华展开，承接物态变化知识体系，是理解六种物态变化的重要环节，强化学生对吸放热过程的认知，发展物态变化中的能量观念。内容以碘和水蒸气为例，通过实验现象揭示 和 的直接转变，构建升华与凝华概念，突出“直接”二字，避免与熔化、汽化混淆。重点为升华吸热、凝华放热及其生活实例解释，难点在于学生易忽略“无液态出现”的关键特征。教学宜采用实验观察法，引导学生描述现象并推理本质，结合霜、冰冻衣物变干等生活情境促进理解。学习活动以问题驱动，如“霜从何来”，激发思维参与。目标定位在能辨识升华与凝华现象，并用物理语言解释常见自然现象，通过课堂反馈与实验报告检验目标达成，提升科学思维与探究能力。
三、学情分析
学生此前已学过物质的三种状态及熔化、凝固、汽化、液化等物态变化。初中阶段学生抽象思维逐步发展，能通过实验现象归纳规律，但对“直接变化”的微观机理理解较难，易与熔化再汽化等过程混淆。教材重难点是理解升华和凝华的“直接性”及吸放热特点，要求学生能解释生活现象，如霜的形成，同时通过实验观察强化对物态变化条件的认知。
教学目标
物理观念：
知道升华和凝华的概念，能举例说明生活中的升华和凝华现象；理解升华吸热、凝华放热的特点。
科学思维：
通过分析碘的升华与凝华实验现象，培养归纳推理能力；能用物态变化知识解释生活中的相关现象。
科学探究：
经历碘的升华和凝华实验，提升观察和分析实验现象的能力；通过“活动2”操作，提高动手探究和总结规律的能力。
科学态度与责任：
养成严谨细致的观察习惯，认识物态变化在自然界中的普遍存在，增强运用物理知识解释自然现象的意识。
重点难点
教学重点
通过碘升华实验，理解升华是物质由固态直接变为气态的过程及其吸热特点。
通过观察凝华现象，掌握凝华是物质由气态直接变为固态的过程及其放热特点。
教学难点
结合实验现象，准确区分升华和凝华两种物态变化过程。
运用升华和凝华知识，解释生活中相关现象的形成原因。
课前任务
一、预习任务
阅读教材“升华”部分，说出升华的定义，并举例说明固态碘受热变为气态的过程。
阅读教材“凝华”部分，说出凝华的定义，并知道碘蒸气冷却后变为固态碘、霜的形成都属于凝华。
记住升华吸热、凝华放热，并能用这些知识解释生活中的相关现象。
二、课前小测
物理学中，把物质由____直接变为____的过程，叫做升华。
物理学中，把物质由____直接变为____的过程，叫做凝华。
固态碘受热直接变为碘蒸气，这个过程需要____热。
空气中的水蒸气直接变为霜，这个过程属于____（填“升华”或“凝华”）。
答案
固态；气态
气态；固态
吸
凝华
教学过程
一、课堂导入
冬天早晨，小明发现妈妈晾在院子里的湿衣服虽然结了冰，但过了一段时间，衣服却慢慢变干了，冰没有化成水，却直接变成了看不见的水蒸气；同样，放在冰箱冷冻室里的豆腐，放久了表面会出现许多小孔，像是被“咬”过一样，其实是因为豆腐中的水分先结冰，再直接变成水蒸气跑掉了。这些现象看起来似乎违背常理——冰明明是固体，怎么能不经过液态就直接变成气体呢？生活中还有哪些类似的现象？这背后隐藏着怎样的物态变化秘密？为什么冰能“跳过”液态直接升华为气态？
二、探究新知
（一）升华
情景导入
请同学们观察教师演示实验：
实验装置：在试管底部放入少量固态碘，塞紧试管口后放入热水中（如图4-4-2）。
引导提问：加热过程中你观察到试管内发生了什么变化？固态碘是否经历了液态阶段？这种物态变化与我们学过的熔化有何不同？
探讨分析
实验观察
加热前：试管底部有紫黑色固体碘颗粒；
加热中：固体逐渐减少，试管壁出现紫黑色晶体，未出现液态物质；
冷却后：试管壁晶体增多，底部固体减少。
对比分析
与传统熔化现象对比：普通固体受热先变液态（如冰→水），而碘直接从固态变气态；
逆向思考：冷却时气态碘直接凝华成固态。
归纳总结
核心知识
升华定义：物质从固态直接变为气态的现象（教材原文）；
典型实例：干冰（固态二氧化碳）常温升华、樟脑丸逐渐消失。
现象解释
图4-4-1(a)(b)现象：冰冻衣物变干是因冰直接升华为水蒸气；冬季结霜是水蒸气凝华成固态冰晶。
实践思考
尝试解释：为什么长时间放置的卫生球（萘丸）会变小？
答案：卫生球中的萘通过升华直接由固态变为气态散发到空气中。
（二）凝华
情景导入
请同学们完成两个观察实验：
实验一：将装有碘的试管从热水中取出冷却后，观察试管内壁的变化；
实验二：在搪瓷杯中放入冰和盐的混合物，静置后观察杯外壁的变化。
引导提问：试管内壁出现了什么？杯外壁的霜是怎么形成的？这些固态物质是从什么状态直接转变而来的？
探讨分析
实验观察
实验一：冷却后的试管内壁出现固态碘，而之前试管中只有碘蒸气；
实验二：杯外壁逐渐形成霜，而杯外只有空气接触。
现象对比
两实验共同特征：固态物质（碘晶体、霜）都直接由气态物质（碘蒸气、水蒸气）形成，未经过液态。
归纳总结
核心知识
凝华定义：物质从气态直接变成固态的现象，如碘蒸气→固态碘、水蒸气→霜。
能量特点：凝华过程需要放出热量（与升华吸热相反）。
生活联系
寒冬窗玻璃上的冰花是室内水蒸气凝华形成；
用干冰（固态二氧化碳）人工降雨时，空气中的水蒸气会凝华成小冰晶。
实践思考
尝试解释冰箱冷冻室结霜的原因：当打开冰箱门时，空气中的水蒸气遇到温度极低的冷冻室壁直接凝华成霜。
三、课堂练习
【题1】霰是高空中的水蒸气遇到冷空气形成的白色小冰粒。它是《诗经 小雅 頍弁》中“如彼雨雪，先集维霰”的霰，是《春江花月夜》中“江流宛转绕芳甸，月照花林皆似霰”的霰，古人视为吉祥的象征。关于“霰”形成时的物态变化最可能是（　　）
A．凝固 B．液化 C．升华 D．凝华
【答案】D
【题2】在碘的升华实验中，图1用电吹风加热碘锤，如图2直接将碘锤放在酒精灯火焰上加热，两种方法碘锤中都出现碘蒸气，下列说法正确的是（已知在标准大气压下，吹风机热风的温度约为70℃，碘的熔点是114.5℃，沸点是184.4℃，酒精灯外焰温度约为800℃）（　　）
A．选用图1的加热方式，最主要的目的是使碘锤受热均匀
B．图2装置中固态碘只发生升华现象
C．观察碘的升华实验，选用图1装置更合理
D．两种方式停止加热后，碘蒸气都会发生液化现象
【答案】C
【题3】物质M通过吸、放热，出现三种不同物态，如图所示，其中由甲到乙发生的物态变化是（　　）
A．凝华 B．汽化 C．熔化 D．液化
【答案】A
课堂总结
升华
定义：物质由固态直接变为气态的过程
实验现象：固态碘受热直接变为碘蒸气
吸热过程：升华需要吸收热量
凝华
定义：物质由气态直接变为固态的过程
实验现象：碘蒸气冷却后直接变为固态碘；水蒸气遇冷形成霜
放热过程：凝华会放出热量
总结：升华和凝华是物质状态变化的两种形式，升华吸热，凝华放热。
教学反思
本节课围绕升华与凝华现象展开，通过碘的升华实验和凝华观察活动，引导学生认识物态变化过程及其吸放热特点，教学基本达成课标要求，学生能准确辨识升华与凝华实例并解释生活现象。成功之处在于实验设计直观、操作性强，有效激发探究兴趣，体现了“从生活走向物理”的理念；不足之处在于对微观机理阐释不足，部分学生对凝华过程中水蒸气来源理解模糊，实验后的归纳总结不够深入，需加强概念辨析与迁移应用训练，以提升科学思维能力。
拓展迁移
宇航员吃的冻干草莓，口感酥脆，加水后又能恢复鲜嫩。冻干技术利用的是升华：先把食物冷冻，使水分变成冰，然后放入真空舱中适当加热。在低压环境下，冰不经过液态，直接升华为水蒸气被抽走，食物便脱去水分。因为细胞结构没有被液态水破坏，所以复水后样子和营养保留较好。冰箱里冻久的肉表面发白，也是冰升华留下的痕迹。这和衣柜里樟脑丸变小都是升华现象。冻干后的食物重量变轻，方便携带；冻干还能用于保存药物和速溶咖啡，避免高温破坏有效成分。
问题：为什么冻干过程要在真空舱中进行？冰升华时吸热还是放热？
答案：真空舱内气压低，可以加快冰的升华速度，且无需高温即可脱水，从而更好地保留食物的营养和风味。冰升华时吸收热量。
板书设计
升华现象
定义：固态→气态（吸热）
实验：碘加热→紫色蒸气
实例：干冰制冷、樟脑丸变小
凝华现象
定义：气态→固态（放热）
实验：碘蒸气冷却→固态碘
实例：霜形成、雾凇
物态变化特点
升华吸热（制冷应用）
凝华放热（霜形成条件）
课后任务
查找本地冬季雾凇形成的气象资料，记录雾凇出现当天的气温、空气湿度、风力等数据，结合物理升华凝华的吸热放热知识，分析雾凇（水蒸气凝华成冰晶）的形成条件，同时从地理角度说明本地地形、气候对雾凇出现频率的影响，撰写简短分析报告。

展开更多......

收起↑