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1、探究熔化和凝固的特点江西育华学校 李建明一、使用教材沪粤版初中八年级物理上第四章第三节 。二、实验器材硬件设备：自制制冰机、温度传感器、电脑。软件：温度传感器软件：ScienceCube StudioII 、数据共享平台：飞鸽传书。三、 实验创新要点1.能让学生直接观察到水的凝固过程（1）常规实验中，教师都是提前在冰箱内制取大量冰块，带到教室做实验。学生无法直接观察到水的凝固过程，往往只能做冰的熔化实验，最后教师告知学生凝固是熔化的逆过程，让学生自行想象凝固过程。（2）本实验中制冰机温度最低可达-13.9，能够短时间内在教室环境中成功制取冰块，让学生直接观察到水的凝固过程。2.解决了教材实验的
2、最大困难海波熔点不稳定且易出现过冷现象（1）教材实验利用水浴法加热海波进行实验，若内外温差过大，会导致熔化过程中，海波的温度一直升高，得不到稳定的熔点。而凝固时，由于缺乏凝结核，温度低于熔点时，海波仍未凝固，出现过冷现象。使实验现象和教材结论不相符，动摇了学生科学信念。（2）本实验中水的性质温度，熔点、凝固点温度且相等，不易出现过冷现象。3.实验可视度好、操作简单、规律明显（1）教材实验中学生要隔水观察试管中海波物态变化，视觉障碍大；要严格控制温差和及时加入凝结核才能确保实验成功，操作难度大。（2）本实验用温度传感器直接在电脑上温度图像，反应灵敏、读数准确；透过制冰机上的透明容器，学生可直接观
3、察容器内物态变化，可视度好。且本实验可反复进行水的凝固和熔化实验，让学生得到普遍规律。4.建立数据共享平台，畅通交流和合作组建局域网，利用“飞鸽传书”软件搭建共享平台，实现所有实验小组的数据的共享。数据上传后，小组电脑上可查看所有实验小组的数据。用数字化信息手段，建立了高效的交流与合作平台。四、实验原理1.自制制冰机原理（1）核心部件是一块制冷片，通电后，正面冷、背面热，只需把正面贴在散热底座上，就形成了一个稳定的低温源。（2）用厚度为2cm的透明亚克力板做容器，隔热效果好；利用折射作用，能起到放大作用，便于观察。2.温度传感器的改进传感器探头体积小，感受范围窄，导致温度不均匀、不稳定。用导热
4、性好的铜丝，缠绕在探头上，并且把探头弯成环状，能有效的提高读数的稳定性、均匀性。3.数据共享平台的搭建把所有电脑连接到同一台路由器（不需联网），每台电脑都安装“飞鸽传书”软件，并且设置IP地址在同一范围。打开软件，建立讨论组，把所有电脑加入同一平台，便可实现数据共享。五、实验教学目标1.知识与技能知道晶体熔化和凝固过程中的温度特点，了解熔化凝固特点的应用。2.过程与方法使用制冰机和温度传感器进行实验，观察水的凝固过程和冰的熔化过程，通过小组合作得出实验规律。3.情感态度与价值观感受实验创新，培养学生的创新思维。通过震撼的实验现象，体验物理实验乐趣，渗透终身从事物理研究的信念。六、实验教学内容学
5、生利用自制制冰机、温度传感器、电脑自主合作探究水的凝固和冰的熔化特点，得到数据后利用共享平台实现所有小组数据的共享，从而交流合作得出结论。并利用该结论理解摄氏温标中用冰水混合物来定标“0”的原因，达到学以致用。引入“撒盐除雪”的案例，延伸课堂、拓展课外，引导学生课后用本套实验器材探究影响熔点凝固点的因素。七、实验教学过程1.引入创新器材，激发探究兴趣如图1，本实验器材新颖，科技感强，是学生在传统实验未曾接触过的。学生拿到器材后，兴趣十足，同时也有些茫然，不知如何操作，所以要进行必要的讲解。师：通过前面的学习，我们掌握了熔化、凝固的定义。那熔化、凝固有怎样的特点呢？下面一起通过实验来探究。请看屏
6、幕上是本次实验的器材：电源、制冰机、温度传感器、电脑。先认识一下最主要的仪器的制冰机（如图2），主要由制冷机、透明容器两部分组成。通电后制冷，最低可达-13.9（如图3）。想一想，用这个仪器可以让水发生怎样的物态变化？生：凝固师：很好，那要让冰熔化怎么办呢？ 生：断电师：为什么？生：因为室温比较高，断电后，冰自然就熔化了。师：很好，请坐。这样的话，我们只要测出容器内的温度变化，就能得到熔化和凝固的特点了。把温度传感器连接电脑，软件界面上就能显示出温度的变化图像。最后大家把结果上传到共享平台。在实验之前，老师要给大家提几个要求：1.通电后，仔细观察容器内水的物态变化和相应的温度图像。2.水凝固后
7、，断电，重复上面的观察过程。3.最后，把数据上传到共享平台。好，开始实验。2.分组合作实验，体验新奇现象在学生进行实验时，教师巡视指导，引导学生关注重要的实验现象。（1）引导学生关注冰花的形成。接通电源后，制冰机开始工作，电脑上温度图像开始下降，但降到临界点附近时，让学生仔细观察容器内水的物态变化。确保每个学生都能观察到冰花形成的瞬间，给其震撼的实验体验。师（指着学生电脑）：现在在降温（如图4），仔细观察容器，会出现一个神奇的现象。生：哇师：看到了什么？生：瞬间结了一层冰（如图5、6，更震撼的画面请看课堂视频）。师：继续观察，还有更神奇的事。（2）观察水凝固时的温度特点。当屏幕上出现温度曲线为
8、一段不变的横线时（如图7），引导学生观察容器内的物态变化，引入冰水混合物（固液共存态）的概念（如图8），得到水的凝固特点。学生发现温度示数不变，举手提问：老师，我们的温度示数不变了，是不是坏了？师：看看现在容器物态是怎样的？生：有冰、还有水。师：这种叫冰水混合物，物理上叫固液共存态。你再等等，这个状态结束了，再看温度变不变？（3）观察冰熔化时的温度特点。当水全部凝固后，提醒学生断电，观察电脑上的温度图像变化。使其意识到冰熔化时，也有温度保持不变的一段。生：老师，我们这里全部结冰了，温度已经降到了-3了（如图9、10）。师：好，现在断电，看看温度怎么变？生：温度上升，但又出现了温度不变的一段（如
9、图11）。师：现在容器里面物态怎样？生：冰在熔化，是冰水混合物。师：总结一下，这里面有什么规律？3.共享实验数据，交流讨论结论（1）上传数据，小组代表解读本组数据。各个小组完成实验后，教师调出共享平台，让学生把数据上传到屏幕上的共享平台（如图12、13），并让各个小组的代表来解读本组的数据（如图14）。师：非常好。这些数据都是你们亲手得到的，你们最有发言权。请小明来前面解读一下你们的数据。生：制冷机工作后，水放热，温度降低。在200s时，容器内出现冰，水开始凝固，处于冰水混合物，温度不变。持续了200s后，水全部凝固成冰，温度再次降低。在500s的时候，断电，由于室温较高，冰吸热升温。在550
10、s时，冰开始熔化，处于冰水混合物，温度不变。持续了100s后，冰全部熔化，温度继续上升。师：观察的很仔细，描述的很到位。请坐。小红，来分析一下你们的数据。生：我们的数据特征和小明的基本一样，也是这一段是水，这一段是水开始凝固，是冰水混合物，温度不变。在这个点断电，这一段是冰开始熔化，是冰水混合物，温度不变。冰全部熔化完后，温度继续上升。师：说的很好，看来水的凝固和熔化过程中有一定的规律。小丽，你来谈谈你们的数据。生：我们的数据特点和前面两组的差不多。师：好，请坐。小亮，你们组呢？生：我们的数据也和他们一样，但我们发现图像中这两段温度不变的横线，温度大小是相等的。师（用尺子比画）：诶，好像是真的
11、。非常的细心，请坐。（2）学生热烈讨论，思维碰撞得出结论。前面的探究过程，已经非常接近真实的科学实验，以此鼓励学生，增强其信心，激发讨论热情。使每个学生都卷入到讨论过程中来，促进其对熔化凝固特点的理解。师：同学们的数据和解说都非常的专业，我仿佛看到了未来的科学家。我提议，给未来的科学家一次热烈的掌声。学生鼓掌，并激起了强烈的自豪感。师：结合他们的解读，大家也可以自己在共享平台上查看所有小组的数据。大家讨论讨论，熔化和凝固到底有怎样的特点？学生热烈讨论（如图15），教师巡视指导学生在共享平台上查看所有小组的数据，得出普遍规律。师：好，有了答案的同学，请举手。生1：水凝固时，处于冰水混合物，温度保
12、持不变。师：嗯，对，请坐。物理学上，把这个不变的温度叫做凝固点。还有吗？生2：冰熔化时，也处于冰水混合物，温度也保持不变。师：看来冰也有这个特点，说的好，请坐。物理学上，把这个不变的温度叫做熔点。还有吗？生3：我发现水的凝固点和冰的熔点相等。师：非常好，请坐。你们和科学家的发现是一致的。生活中还有很多固体熔化凝固的特点和冰一样，把它们叫做晶体。经过科学家大量的实验证明：晶体熔化和凝固时，温度保持不变；且同种晶体的熔点和凝固点相等。4.解决实际问题，延伸拓展课外在学习温度计时，就有不少学生对0的定标（如图16）过程有很大的疑问，现在有了新的知识，恰好能够倒回去解决问题。同时在生活中也有不少通过掺
13、杂来改变熔点凝固点的事例，通过撒盐除雪，引导学生到课外去进行物理探究（如图17）。师：根据这个结论，我们再倒回来理解前面温度计的定标过程。摄耳修斯规定：一个标准大气压下纯净冰水混合物为0。想一想，为什么要用冰水混合物来定标？生思考后，陆续举手。师：来，小王。生：因为冰水混合物的温度能够保持不变的。师：对，请坐。这样温度的测量就有了一个固定的参照点。师：物理不仅仅在课堂中，生活中也有大量的物理现象。比如冬天，大雪封路，人们会撒盐除雪。想一想，撒盐后，雪的什么变了？生：熔点师：变高了，还是变低了？生1：变高了生2：变低了（学生之间出现了不同意见）师：真相究竟如何，就留给大家课后用这套器材去一探究竟了。八、实验效果评价本实验很好的解决了教材实验的困难，突破以往无法做水的凝固实验的局限。且实验操作简单，易成功，增强了学生实验体验。实验现象新奇，极大的激发了学生的实验兴趣，很好的把知识的探究和学生的内在需求统一起来了。姓名：李建明学校：江西育华学校联系电话：15979081685电子邮箱：
