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教案示例汽化和液化南京市浦厂中学 张睿晨【教学设计】本节为新授课，教学内容有：汽化和液化的概念；蒸发和沸腾现象；沸点的概念及使气体液化的方法等在教学过程中强调紧密结合新课程标准精神，注意改变过去过于注重知识的传授、老师讲学生听的教学模式，通过课前布置学生通过查阅资料了解“坎儿井”、“蒸汽机”的知识等形式，有意识地强调学生主动学习的态度，使学生“获得基础知识和基本技能”的过程同时也成为“学会学习”的过程在学生活动中强调“生活物理社会”的联系，加强课程内容与学生生活的联系，关注学生的学习兴趣，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手；在观察沸腾现象中培养学生动手能力、搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力本节课要求学生通过探索实验来探究汽化和液化的过程，通过课前查阅资料等途径知道一些物质的沸点，并且能根据这些沸点解释一些生活现象，知道自然界中雨的形成过程【教学目标】知道蒸发现象，蒸发吸热；了解减慢蒸发的方法与途径知道沸腾现象及条件，会画沸腾图象，能根据沸点解释一些日常生活中的现象，掌握液体沸腾时虽吸热但温度不升高的应用通过实验了解大自然中雨的形成过程，及生活中常见常用的使气体液化的方法在教学中注重培养学生动手能力、搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力在实验中注重提高学生根据实验现象总结出物理规律的能力,提高分析比较归纳的能力渗透辩证唯物主义思想方法的训练,培养认真细心实事求是的科学态度【教具、学具、实验器材】教具：1、酒精、塑料袋、8090的热水、细绳；注射器、乙醚学具：酒精、酒精棉、温度计；烧杯、中间有孔的塑料盖、铁架台、酒精灯、石棉网、钟表；蒸发皿、锥形瓶、温水、冰块【教学重点、难点】教学重点观察蒸发和沸腾现象；作液体的沸腾图象；模拟大自然中的雨的形成过程，液化的方法教学难点蒸发过程需要吸收热量；液化过程放出热量【课前研究（学习）的问题】查阅有关资料或在互联网上查寻有关“坎儿井”的相关知识；查阅有关资料或在互联网上查寻有关“蒸汽机”的相关知识；了解蒸汽机的发展史；对蒸汽机的工作原理（过程）能有初步的了解水落油锅为什么会爆炸?水烧开时不会溢出来，为什么粥烧开了却会溢出来呢?【教学过程】教学阶段时间分配教 师 引 导学 生 活 动说 明一、引入新课（1分钟）创设情境：演示实验：（2分钟）二、进行新课：活动：观察蒸发现象（3分钟）提问：晒在太阳底下的湿衣服一会儿就干了，湿衣服上的水哪去了？教师用手蘸些酒精撒在黑板上，并在教室多处撒一些酒精启发思考： 你看到了什么？ 你闻到了什么？引导： 我撒在黑板上、撒在地上的酒精怎么会跑到你的鼻孔里去了呢？演示：在透明塑料袋里滴入几滴酒精，将袋挤瘪，排尽空气后用细绳把口扎紧，然后放在80以上的热水中，观察发生的现象引出：除了我们刚才列举的例子之外，在日常生活中还有很多这方面的例子指导学生观察蒸发现象汽化：物质由液态变为气态的现象叫汽化（vaporization）汽化有两种方式：蒸发（evaporation）和沸腾（boiling）问：液体蒸发时需要从周围物体那里吸热吗？学生思考作答：蒸发了学生思考： 酒精变少（没）了闻到了酒精的味道学生思考： 液态的酒精变成了气态的酒精观察老师所做的实验现象，思考发生的原因并试着给予解释活动：按老师的要求进行活动：观察酒精的蒸发现象，并根据所观察的现象总结出结论用棉球在手背上涂些酒精，观察酒精的变化，手背上有什么感觉？在温度计的玻璃泡上涂些酒精，观察温度计的示数有何变化？ 根据实验现象回答老师的提问通过日常生活中常见到（遇到）的事例引入新课，易激发学生的学习兴趣学生不一定能顺利地得出上面的结论，教师应根据学生的实际情况，启发学生，引导学生思考让学生通过实验对蒸发现象形成感性认识，体会到蒸发吸热教学阶段时间分配教 师 引 导学 生 活 动说 明生活物理社会汇报交流：（7分钟）活动：观察水的沸腾（8分钟）归纳小结：（2分钟）讲述：物理知识在生活中无处不在，人们利用物理知识创造了人类历史上伟大的“坎儿井”工程下面请课前研究“坎儿井”的小组根据自己所查阅的资料给大家介绍关于“坎儿井”指导学生进行活动：观察水的沸腾现象要求：向烧杯中加入适量的温水，用酒精灯给烧杯加热，观察水中发生的变化（水的温度、水发出的声音、水中的气泡）当水温升高到90时，每隔1min读一次温度计的示数，并记录在表格中，同时继续观察烧杯中水发生的变化，直到水沸腾5min后停止读数移开酒精灯，停止加热，观察水是否继续沸腾沸腾：沸腾是在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象沸点：液体沸腾时的温度称做沸点（boiling point）一标准大气压下水的沸点为100指导学生查阅课本上几种液体在标准大气压下的沸点学生到讲台上就所了解的“坎儿井”的知识进行汇报交流按要求进行实验探究，（1）描述实验中水在沸腾前和沸腾时的情景：水中气泡在沸腾前_，沸腾时_水的声音在沸腾前_，沸腾时_（2）根据记录的数据作出水的沸腾图像（3）根据所作图像分析：沸腾前，对水加热，水的温度_；沸腾时，继续对水加热，水的温度_；实验中水的沸腾温度是_停止对水加热，水_（能/不能）沸腾，可见，沸腾_（需要/不需要）吸热沸腾时，水从_态变成_态看书，了解几种液体在标准大气压下的沸点后，思考老师所提问题教师在实验时加强指导，学生分组实验，注意正确使用酒精灯，给水加热时，切勿碰翻，小心烫伤！由学生以小组为单位汇报实验结论教学阶段时间分配教 师 引 导学 生 活 动说 明生活物理社会汇报交流：（7分钟）活动：模拟大自然中“雨”的形成（6分钟）结论：提问：水落油锅为什么会爆炸?为什么水烧开时不会溢出来，粥烧开了却会溢出来呢? 请课前进行本问题研究的小组向大家交流汇报讲述：1718世纪，人们发明了依靠水沸腾后产生的蒸汽来工作的机器蒸汽机正是“蒸汽的力量”，推动人类迈进了现代工业社会的门槛下面请课前研究蒸汽机的小组向大家交流汇报引导：我们知道，雨水来自于江河湖海蒸发到大气中的水蒸气，那么，气态水究竟是怎样变成液态水的呢？我们来做下面的实验指导学生完成下列实验：向锥形瓶内注入少量的温水，稍后，取一干燥的蒸发皿盖在瓶口，在蒸发皿中放置一些冰块，观察现象另换一只干燥的蒸发皿，盖在瓶口，向蒸发皿中倒入开水，观察现象学生根据现象思考：瓶中潮湿而暖和的空气_（上升/下降），当在瓶口附近遇（冷/热）时，水蒸气凝结成_液化：物质由气态变为液态的现象叫液化（liquefaction）气体液化时放热学生到讲台进行交流汇报、两个问题学生到讲台进行汇报交流（通过展示一些资料照片，增强同学们的感性认识）进行实验，并注意观察：瓶口内是否出现朦胧的“白雾”？蒸发皿底部出现了什么？进行实验，并注意观察：瓶口内还有“白雾”出现吗？蒸发皿底部呢？思考：“雨滴”的形成经历了怎样的物态变化？需要什么条件？学生根据课前的预习交流汇报自己的观点，老师进行补充总结学生通过模拟大自然中“雨”的形成过程，认识到“雨滴”的形成经历的物态变化、需要的条件老师在学生小结的基础上进行总结补充，进而得出液化的概念及液化放热的结论教学阶段时间分配教 师 引 导学 生 活 动说 明演示实验：（3分钟）结论：讨论：（5分钟）课后作业：（1分钟）生活物理社会设问：除了用降低温度的方法可以使气体液化之外，还有没有其他方法可以使气体液化呢？演示：用注射器吸进一些乙醚，用橡皮塞堵住注射孔先向外拉动活塞，当看不见针筒中的乙醚液体时，再推压活塞观察注射器中是否又出现了液态乙醚使气体液化的方法有两种：_（降低/升高）温度和_（增大/压缩）体积提问：仔细观察你会发现烧开水时，在最靠近壶觜的地方反而不出现“白气”，想一想，为什么？“雾”的形成过程是用什么方法使气体液化的？家用的液化石油气是用什么方法使气体液化的？检索有关资料，说明在沙漠中的仙人掌针状的叶子对它们的生存有什么作用？酒精灯的火焰能点燃纸那么，能用纸做的小锅在酒精灯上烧开水吗？请试一试，并讲出其中的道理观察家用蒸汽熨斗熨平衣物的过程，并指出其优点观察老师所做的实验现象，思考：在这个实验中采用的液化方法是什么？讨论得出使气体液化的两种方法根据本节课所学内容,讨论老师所提问题课后进行“生活物理社会”研究让学生通过观察实验现象，讨论得出液化的两种方法通过讨论，强化本节所学内容通过布置STS课后练习，强调生活、物理、社会的联系，加强课程内容与学生生活的联系，培养学生的学习兴趣，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手背景资料一：水落油锅为什么会爆炸?水一溅入热油锅，马上会产生“劈劈啪啪”的一阵爆炸声如果油花溅在皮肤上，还会烫起小泡，疼得很水落在热油锅里，为什么会爆炸呢？这要从水受热后的变化说起：水加热到100，就达到了沸点，这时它从原来的液体状态变成气体状态，成了水蒸气当一滴水落进了热油锅里，由于油的沸点一般都在200以上，加热后的油即使没有达到沸点，也早已超过了100，所以，水滴的温度立刻升到沸点，变成水蒸气水变成水蒸气后，它的体积大约要增大1000多倍，这一体积的变化，不但进行得很快，同时又由于水比油的密度大，所以小水滴一进油锅就沉入锅底，而水蒸气的密度又比油小得多，水化成的水蒸气必然要上升跃出油面，因此引起了剧烈的振动，发出了响声和爆炸，溅起了油花弄懂了这个道理，就知道烧菜时不能把热油锅内弄进水滴，连炒菜用的锅铲、勺子上也不能沾着水点，还有含水分较多的食物，要放进油锅去煎炸时，必须将食物顺着锅沿，小心地放入锅里，以免油花溅到身上背景资料二：水烧开时不会溢出来，为什么粥烧开了会溢出来呢?水烧开时，水蒸气形成的气泡上升到水面，就会立即爆裂，不会积聚起来，水面的高度不会升高得太多，水也就不会溢泻出来 粥烧开时，由于米粒的淀粉和水混合变成糊状，增大了粥的粘性，导致水蒸气形成的气泡不易爆破，一直积聚在粥面上，愈堆愈高，就从煲盖溢泻出来 把煲盖掀开，用筷子支承着，使盖与煲离开一段距离，利用空气冷缩气泡，就可以减轻溢出的程度背景资料三：“坎儿井”绿洲的生命之源入夏，进入吐鲁番盆地，浩瀚的戈壁滩上，看得见一行行排列整齐的锥形土堆，形似坟茔；冬季，一股股热气从地中徐徐喷出，那就是坎儿井的井口坎儿井是吐鲁番古代各民族群众的伟大创造一、坎儿井名称的由来 坎儿井，伊朗称之为Qanat，伊拉克称作Madazcha，而吐鲁番则称作kariz，三者读音显然不一样 在我国，坎儿井一词，最早出现于春秋战国时期庄子秋水篇中曾有“子独不闻夫坎井之蛙乎”之句唐代西州文书中有“胡麻井渠”的记载明代万历三年（公元1575年），石茂华远夷谢恩求贡事一文中有关于“牙坎儿”的记载到了清朝乾隆年间则称之为卡井由此可知，坎儿井名称源自中国它演变的过程可归纳为井（周）坎井（战国至汉）井渠（唐、元）卡井（清）坎儿井（现代）二、坎儿井绿洲生命之源 吐鲁番是全国有名的火炉高温少雨，水贵如油，可是吐鲁番绿洲却逐年扩大，城乡经济日趋繁荣论功行赏，坎儿井当推首功 吐鲁番地区共有坎儿井 1100多道其中吐鲁番市为538道，鄯善418道，托克逊180道这些坎儿井，年径流量达 2.94亿立方米，占吐鲁番总灌溉面积的30以上 坎儿井，是绿洲生命之源没有坎儿井，就不可能有吐鲁番那么多的绿洲 三、坎儿井伟大的地下水利工程 坎儿井，被誉为我国古代三大工程之一，与横亘万里的长城、纵贯南北的大运河齐名，是我国古代各族人民的伟大创造 每条坎儿井的长短，因地理环境实际利用不同而不同长的可达20公里以下，短的只有100米左右按每条4公里计算，总长度将超过4400公里，比摇篮之河黄河还长四、坎儿井的构造 坎儿井由明渠、暗渠、竖井和涝坝四部分组成暗渠是坎儿井的主体，即地下水河道，一般高约1.7米，宽约1.2米，掏捞工程十分艰巨竖井是出运井下泥沙石砾的通道，也是通风送气口井深因地势和地下水位高低不同而有深有浅，一般是越靠近源头，竖井就越深，最深的井可达90米以上竖井与竖井之间的距离，随坎儿井的长度而有所不同，一般是2070米，就有一口竖井越是水源上头，间距越短，反之，间距则越长一条坎儿井，竖井少则十多个，多则上百个竖井井口呈长方形，长1米左右，宽0.7米暗渠的出水口叫“龙口”，和地面的明渠相连接坎儿井水注入涝坝，然后引入渠道灌溉农田背景资料四：蒸汽机 蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等 16世纪末到17世纪后期，英国的采矿业，特别是煤矿，已发展到相当的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤作为燃料现实的需要促使许多人，如英国的帕潘、萨弗里、纽科门等就致力于“以火力提水”的探索和试验 萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提水机，在1698年取得标名为“矿工之友”的英国专利他将一个蛋形容器先充满蒸汽，然后关闭进汽阀，在容器外喷淋冷水使容器内蒸汽冷凝而形成真空打开进水阀，矿井底的水受大气压力作用经进水管吸入容器中；关闭进水阀，重开进汽阀，靠蒸汽压力将容器中的水经排水阀压出待容器中的水被排空而充满蒸汽时，关闭进汽阀和排水阀，重新喷水使蒸汽冷凝如此反复循环，用两个蛋形容器交替工作，可连续排水 萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过六米为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上，这在当时无疑是困难而又危险的 纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机这种蒸汽机先在英国，后来在欧洲大陆得到迅速推广，它的改型产品直到19世纪初还在制造纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤区才得到推广 1764年，英国的仪器修理工瓦特为格拉斯哥大学修理纽科门蒸汽机模型时，注意到了这一缺点，并于1765年发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机，并于1769年取得了英国的专利初期的瓦特蒸汽机仍用平衡杠杆和拉杆机构来驱动提水泵，为了从凝汽器中抽除凝结水和空气，瓦特装设了抽气泵他还在汽缸外壁加装夹层，用蒸汽加热汽缸壁，以减少冷凝损失 1782年前后，瓦特将机器进一步改进，完成了两项重要发明：在活寒工作行程的中途，关闭进汽阀，使蒸汽膨胀作功以提高热效率；使蒸汽在活塞两面都作功(双作用式)，以提高输出功率这时的活塞既要向下拉动杠杆又要向上推动杠杆，扇形平衡杠杆和拉链已不再适用，瓦特使发明了平行四边形机构瓦特还于18世纪末将曲柄连杆机构用在蒸汽机上 瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速地发展，他使原来只能提水的机械，成为了可以普遍应用的蒸汽机，并使蒸汽机的热效率成倍提高，煤耗大大下降因此瓦特是蒸汽机最主要的发明人 自18世纪晚期起，蒸汽机不仅在采矿业中得到广泛应用，在冶炼、纺织、机器制造等行业中也都获得迅速推广它使英国的纺织品产量在20多年内(从1766年到1789年)增长了5倍，为市场提供了大量消费商品，加速了资金的积累，并对运输业提出了迫切要求 在船舶上采用蒸汽机作为推进动力的实验始于1776年,经过不断改进，至1807年，美国的富尔顿制成了第一艘实用的明轮推进的蒸汽机船“克莱蒙脱”号此后，蒸汽机在船舶上作为推进动力历百余年之久 1801年，英国的特里维西克提出了可移动的蒸汽机的概念，1803年，这种利用轨道的可移动蒸汽机首先在煤矿区出现，这就是机车的雏型英国的斯蒂芬森将机车不断改进，于1829年创造了“火箭”号蒸汽机车，该机车拖带一节载有30位乘客的车厢，时速达46公里/时，引起了各国的重视，开创了铁路时代 19世纪末，随着电力应用的兴起，蒸汽机曾一度作为电站中的主要动力机械1900年，美国纽约曾有单机功率达五兆瓦的蒸汽机电站 蒸汽机的发展在20世纪初达到了顶峰它具有恒扭矩、可变速、可逆转、运行可靠、制造和维修方便等优点，因此曾被广泛用于电站、工厂、机车和船舶等各个领域中，特别在军舰上成了当时唯一的原动机 蒸汽机按蒸汽在活塞一侧或两侧工作，可分为单作用和双作用式；按汽缸布置方式，可分为立和卧式；按蒸汽是在一个汽缸中膨胀或依次连续在多个汽缸中膨胀，可分为单胀式和多胀式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分为回流式和单流式；按排汽方式和排汽压力可分为凝汽式、大气式和背压式 简单蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部分组成，汽缸和底座是静止部分从锅炉来的新蒸汽，经主汽阀和节流阀进入滑阀室，受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧，推动活塞运动 蒸汽机的发展首先体现在功率和效率的提高，而这又主要取决于蒸汽参数的提高初期蒸汽机的蒸汽压力仅为0.110.13兆帕，19世纪初才达到0.350.7兆帕，20世纪20年代曾用到610兆帕在蒸汽温度上，19世纪末还不超过250，而到20世纪30年代曾用到450480 至于效率，瓦特初期连续运转的蒸汽机，按燃料热值计总效率不超过3；到1840年，最好的凝汽式蒸汽机总效率可达8；到20世纪，蒸汽机最高效率可达到20以上 在转速方面，18世纪末瓦特蒸汽机仅4050转/分；20世纪初转速达到100300转/分，个别蒸汽机曾达到2500转/分在功率方面，最初单机功率仅几马力，20世纪初的一台船用蒸汽机的功率可达25000马力 随着蒸汽参数和功率的提高，蒸汽已不可