第2节熔化和凝固（导学案）

第2节熔化和凝固（导学案）【学习目标】1.理解物质熔化和凝固的基本概念，掌握熔点和凝固点的物理意义。（物理观念）2.能够运用热力学原理分析物质在融化和凝固过程中的能量变化，培养科学思维能力。（科学思维）3.通过实验观察不同物质的融化和凝固现象，学习科学探究的基本方法，提高实验操作技能。（科学探究）4.培养对物理现象的好奇心和探索精神，树立尊重科学、实事求是的科学态度与责任感。（科学态度与责任）【学习重点】1.晶体熔化和凝固的规律，包括晶体在熔化和凝固过程中的温度变化特点、状态变化以及吸放热情况。2.晶体和非晶体的区别，从熔化和凝固过程的特点、有无固定熔点和凝固点等方面进行区分。3.利用熔化和凝固的知识解释生活和自然界中的现象，如冰雪消融、水结冰等。【学习难点】1.探究固体熔化时温度随时间变化规律的实验，涵盖器材选择、组装与使用，数据测量与记录，以及实验因素控制。2.理解晶体熔化吸热但温度不变的原因，从分子热运动和能量转化角度解释。3.根据温度——时间图像分析晶体和非晶体的熔化、凝固过程，判断物质状态、吸放热情况及熔点和凝固点。【自主预习】阅读教材64页~68页《熔化和凝固》并完成以下问题：1.熔化：物质从固态变成液态的过程，例如冰变成水。2.凝固：物质从液态变成固态的过程，比如水结成冰。3.晶体：有固定的熔点和凝固点，如海波、冰、各种金属。4.非晶体：没有固定熔点和凝固点，如石蜡、松香、玻璃、沥青。5.晶体熔化特点：在熔化过程中，不断吸热，温度保持不变。6.非晶体熔化特点：在熔化过程中，不断吸热，温度持续上升。7.晶体凝固特点：在凝固过程中，不断放热，温度保持不变。晶体凝固时的温度叫凝固点，同种晶体的熔点和凝固点相同。8.非晶体凝固特点：在凝固过程中，不断放热，温度持续下降。9.晶体熔化条件：一是温度达到熔点，二是继续吸热。10.晶体凝固条件：一是温度达到凝固点，二是继续放热。【探究新知】探究一、物态变化1.物质常见的三种状态自然界中物质通常以固态、液态、气态三种状态存在。(1)呈固态的物质，有一定的形状和体积，如常温下的钢铁、石块等，一般称之为固体；(2)呈液态的物质，没有固定形状，但有一定体积，如常温下的水、煤油等，一般称之为液体；(3)呈气态的物质，没有固定形状和体积，如常温下的氧气、水蒸气等，一般称之为气体。2.情境探究水的三种状态变化生活中，我们发现有这样的现象，天气热的时候，从冰箱中拿出的冰，一会儿就变成了水，再过一段时间水变少了，变成看不见的水蒸气，跑得无影无踪。这说明在一定条件下，水的三种状态可以相互转化。3.物态变化(1)物质各种状态间的变化叫作物态变化。(2)物体形状的改变和物质状态的变化不是一回事，只是物体形状的改变不是物态变化。(3)温度是物态变化的决定因素，随着温度的变化，自然界中的物质一般都会发生状态变化。例如，在标准大气压下，给铁块加热至1538℃时，铁块变成液态的铁，加热至2750℃时，又会变成气态的铁；给氧气降温至183℃时，氧气会变成液态的氧，降温至218℃时，又会变成固态的氧。【典例1】下列情景中属于物态变化的是（）A．一块铁放在炉子上烧红了 B．阳光下，小雪人“流汗”了C．玻璃杯被打碎 D．一瓶水，越喝越少【答案】B【详解】A．一块铁放在火炉中烧红了，温度改变了，但状态没变，仍然是固态，故A不符合题意；B．阳光下，小雪人“流汗”了，物质由固态变成液态，属于熔化现象，故B符合题意；C．玻璃杯被打碎了，玻璃杯发生了形状改变，但状态没变，仍然是固态，故C不符合题意；D．一瓶水，越喝越少，质量发生改变，但状态没有改变，仍然是液态，故D不符合题意。故选B。探究二、熔化和凝固1.情境探究固体和液体的转化2.熔化（1）定义：物质从固态变成液态的过程叫熔化。如冰化成水。（2）固体熔化时温度的变化规律：①物质在熔化过程中虽然继续对它加热，但温度保持不变，如海波；②物质在熔化过程中先变软，后变稀，最后熔化为液态，且持续加热，温度一直升高，如石蜡。（3）水浴法加热：在探究固体熔化时温度的变化规律实验中，利用热水给加装入试管中的海波和石蜡，这种方法叫水浴法。优点：可以使物质受热均匀，还可以控制物质温度上升的速度。3.凝固（1）定义：物质从液体变成固态的过程叫凝固。如炽热的铁水冷却后变成各种零件。（2）液体凝固时温度的变化规律：①物质在凝固过程中，持续对外放热，但温度保持不变。②物质在凝固过程中，由稀变软，再变硬，不断向外放热，温度持续降低。辨析比较：熔化、溶化和融化的区别1.熔化是指物质从固态变成液态的过程，熔化时要吸热，所以用火字旁“熔”。例如，给糖块加热，糖块熔化成糖浆。2.溶化是指固态物质在液体中分散开来，最后变成液态的混合物的现象，要发生溶化必须有液体，所以用三点水旁“溶”。例如，食盐溶于水，形成盐水。3.融化特指冰、雪、霜等受热后化成水，多用于文学作品中。4.物理学中，在解释有关物理现象，涉及填写物态变化时，只能用熔化。【典例2】在探究冰熔化时温度随时间变化规律的实验中，将装有少量碎冰的试管放入装有适量水的烧杯中，实验装置如图甲所示。(1)组装下列实验器材时，其合理的先、后顺序是（填序号）；①试管、温度计

②石棉网

③装水的烧杯

④酒精灯(2)将装有碎冰的试管放入水中加热，而不是用酒精灯直接对试管加热，这样做不但能使试管受热均匀，而且碎冰的温度上升速度较（选填“快”或“慢”），便于及时记录各个时刻的温度；(3)观察图乙，温度计的示数为℃；(4)某同学根据记录的数据绘制了温度随时间变化的图像（如图丙所示），由图像可知：凝固点是℃，冰的融化过程经历了分钟，第4min时，该物质处于状态；(5)通过实验探究，可得出的探究结论是：冰熔化时，继续吸热，保持不变。【答案】(1)④②③① (2)慢 (3)2 (4)03固液共存 (5)温度【详解】（1）实验过程中要用酒精灯的外焰加热，需要先确定石棉网的位置，因此应该选择自下而上的顺序组装，其合理的先、后顺序是④②③①。（2）使用水浴法给碎冰进行加热的好处是，碎冰受热均匀，且温度升高速度比直接用酒精灯加热时的慢，便于及时记录各个时刻碎冰的温度。（3）图乙可知，温度计的液面在零下，温度计的分度值是1℃，因此温度计的示数为2℃。（4）[1][2][3]由图丙可知，自第2至5分钟，冰熔化过程中温度保持不变，此时温度为0℃，可知冰是晶体，熔化了3分钟，且该物质的凝固点是0℃，第4分钟时冰在熔化过程中，处于固液共存状态。（5）通过分析图像，在冰熔化的阶段，尽管冰一直在吸收热量，但是温度始终保持在0℃，可得出的探究结论是：冰熔化时，继续吸热，但是温度保持不变。水浴法水浴法是一种能给物体均匀、间接地加热，并能控制温度上升速度的好方法。如海波的熔化温度是48℃，而酒精灯火焰的温度高达几百摄氏度，如果用酒精灯直接给海波加热，由于海波不能均匀受热，将难以观察到其熔化过程中温度不变的过程。而把试管放入盛水的烧杯中，用酒精灯对烧杯加热，通过烧杯中的水缓慢、均匀加热试管时，试管内的海波均匀受热，缓慢升温，从而能够有充分的时间观察现象、测量温度，最终得出结论。探究三、熔点和凝固点1.晶体和非晶体（1）固体的分类：晶体和非晶体。（2）晶体：熔化（或凝固）时，有固定的温度。如冰、萘、石英、明矾、海波、食盐、各种金属等。（3）非晶体：熔化（或凝固）时，没有固定的温度。如松香、玻璃、沥青、橡胶、塑料、石蜡、蜂蜡等。（4）物质熔化和凝固温度变化图像2.熔点和凝固点：（1）熔点：晶体熔化时的温度叫熔点，非晶体没有确定的熔点。（2）凝固点：液体凝固成晶体时的温度叫做凝固点，非晶体没有固定的凝固点。3.一些常见晶体的熔点一些晶体的熔点(标准大气压)晶体熔点/℃晶体熔点/℃钨3410海波48铁1538冰0铜1083固态水银39金1064固态酒精117铅328固态氮210锡232固态氧218固态碘114固态氢259萘80.5固态氦272【典例3】根据表中数据判断，下列说法中正确的是（）物质水银金铜钢纯铁钨熔点/℃3910641083151515353410沸点/℃3572807256727502750—A．金块掉入钢水中不会熔化B．电灯泡里的灯丝常用钨制成，是因为钨的沸点高C．在40℃的环境里，水银温度计不能使用D．表中几种金属的沸点都可用水银温度计测得【答案】C【详解】A．由题表中数据可知，钢水的温度高于金的熔点，所以金块掉入钢水中会熔化，故A错误；B．电灯泡里的灯丝常用钨制成，是因为钨的熔点高，灯泡通电时间较长灯丝也不会熔化，故B错误；C．水银熔/凝固点−39℃，在−40℃环境里水银为固态故C正确；D．水银的沸点是357℃，表中各种金属的沸点都高于水银的沸点，所以不能使用水银温度计来测量表中金属的沸点，故D错误。故选C。探究四、熔化吸热凝固放热1.熔化吸热（1）概述：固体在熔化过程中都要吸收热量，常用于制冷。（2）实例：夏天吃雪糕感觉凉快，是因为雪糕熔化时要吸收热量。2.凝固放热（1）概述：液体凝固时都要放出热量，常用于保温。（2）实例：冬天，北方地窖口放几桶水，目的是水凝固放热，使地窖中的蔬菜保存较长时间；人们研制一种颗粒状聚乙烯，掺进墙或地板的水泥中，通过材料的熔化和凝固，使房间温度保持在1540℃。3.晶体熔化和液体凝固成晶体的条件：4.晶体和非晶体在熔化（凝固）时的比较种类项目晶体（有规则的结构、有固定的熔点和凝固点）非晶体（无规则的结构，无固定的熔点和凝固点）熔化图像性质①固态，吸热升温；②固液共存，吸热，温度不变；③液态，吸热升温吸热，温度不断升高，无固定的熔点凝固图像性质①液态，放热降温；②固液共存，放热，温度不变；③固态，放热降温放热，温度不断下降，无固定的凝固点【典例4】如图所示，图甲是萘的熔化图像，图乙是塑料的凝固图像。由图像可知：塑料是（选填“晶体”或“非晶体”），甲图中BC段萘温度保持不变，此过程中（选填“需要”或“不需要”）吸热，萘的熔化过程用了，萘在第时为状态。【答案】非晶体需要5固液共存【详解】[1]晶体有固定的熔点和凝固点，在熔化或凝固过程中温度保持不变；非晶体没有固定的熔点和凝固点，在熔化或凝固过程中温度不断变化。从图乙塑料的凝固图像可以看出，塑料在凝固过程中温度不断降低，没有固定的凝固温度，所以塑料是非晶体。[2]甲图中BC段萘温度保持不变，这是萘的熔化过程。晶体在熔化过程中虽然温度不变，但需要持续吸收热量来完成从固态到液态的转变，所以此过程需要吸热。[3]萘从第5min开始熔化（温度开始保持不变的时刻），到第10min熔化结束（温度又开始上升的时刻），熔化过程所用时间为。[4]萘在第5min到第10min处于熔化过程，第8min处于这个时间段内，所以萘在第8min时为固液共存状态。【课堂总结】【课堂练习】1．常温下酒精的特征是（）A．有固定的体积和形状 B．有固定体积，没有固定形状C．没有固定体积和形状 D．没有固定体积，有固定形状【答案】B【详解】固体有固定体积和形状；液体有固定体积，没有固定形状；气体没有固定体积，没有固定形状；常温下酒精是液体，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。2．如图甲，用金属镓制成的“小人”在室温为20℃时是固态，当其达到某一温度时，就会熔化。图乙是其放在人手中熔化时的情景，由此可判断（）A．镓的熔点与手的温度相同 B．金属镓可以用来制作戒指C．镓熔化过程中，吸收热量 D．镓的熔点有可能是48℃【答案】C【详解】A．镓的熔点低于手的温度才能从手吸收热量，镓才能熔化，所以镓的熔点与手的温度不可能相同，故A不符合题意；BD．手的温度约37℃，但镓放在手中却能熔化，所以金属镓不可以用来制作戒指，且它的熔点低于手的温度，不可能为48℃，故BD不符合题意；C．熔化吸热，镓熔化过程中，吸收热量，故C符合题意。故选C。3．下列能反映晶体凝固时温度随时间变化的图象是（）A． B． C． D．【答案】C【详解】A．由图像可知，物质不断放出热量，温度不断降低，符合非晶体的凝固特点，是非晶体的凝固图象。故A不符合题意。B．由图像可知，物质不断吸收热量，温度不断升高，符合非晶体的熔化特点，是非晶体的熔化图象，故B不符合题意。C．由图像可知，物质温度降低到一定温度，不断放热，温度保持不变，符合晶体凝固特点，是晶体凝固的图象，故C符合题意。D．由图像可知，物质吸收热量，温度升高到达一定温度，不断吸收热量，温度不变，符合晶体熔化特点，这是晶体的熔化图象，故D不符合题意。故选C。4．如图所示是海波的温度随时间变化的图像，则下列说法中正确的是（）A．海波在段处于固态 B．海波在段既不吸热也不放热C．海波在段处于液态 D．海波的熔化温度是48℃【答案】D【详解】A．海波在AB段，是凝固前的降温过程，处于液态，故A错误；BC．图中BC段是海波的凝固过程，海波凝固时放出热量，在BC段为固液共存状态，故BC错误；D．由图像可知，海波从第5min到第10min，温度保持48℃不变，故海波为晶体，其凝固点为48℃，因同一种晶体的凝固点跟它的熔点相同，因此其熔点为48℃，故D正确。故选D。5．图甲是标准大气压下某物质的凝固图像，可知其凝固过程经历了min，第25min时该物质处于态。若将装有冰水混合物的试管放入正在熔化的该物质中（如图乙），则试管内冰的质量将。【答案】10固变大【详解】[1][2]由图甲可知，整个过程中温度有下降的趋势，所以是凝固图像；又因为该物质在凝固过程中温度保持不变，所以该物质是晶体；该物质从10min开始凝固，凝固点为2℃，到20min结束，可知其凝固过程经历了10min，所以第25min时该物质处于固态。[3]冰水混合物的温度是0℃，而该物质熔化时的温度是2℃；冰水混合物会向该物质放热，所以冰水混合物中的水达到凝固结冰的条件，冰水混合物中的冰会变多，冰的质量将变大。6．冰，在我们的生活中随处可见，它有多种用途。如：（1）夏天，如果我们要喝冰凉的饮料，往往会在饮料中加上几个冰块，而不是直接加冷水。一方面是因为冰块的温度更低，另一方面是因为冰块熔化成水的过程中，从而使饮料的温度下降得更多。（2）请再举出一个冰的应用实例。【答案】吸收热量保鲜食物【详解】（1）[1]冰块放入饮料后由固态变为液态，会熔化吸热，使饮料的温度降低。（2）[2]用来保鲜食物或者防暑降温。7．用图甲装置探究“某物质熔化规律”，图乙是实验得到的该物质熔化过程中温度随时间变化的图象，该物质属于（选填“非晶体”或“晶体”）。该物质的熔点是℃，第10min时，该物质处于（选填“固态”“液态”或“固液共存态”）。【答案】晶体80固液共存态【详解】[1][2]