第4节 升华和凝华（导学案）初中物理人教版（2024）八年级上册 第三章 物态变化（解析版）

第4节升华和凝华（导学案）【学习目标】1.理解升华和凝华的概念及其物理过程。（物理观念）2.能够识别和分析物质在升华和凝华过程中的能量变化。（科学思维）3.通过实验观察，掌握升华和凝华现象的证据，学会记录和分析实验数据。（科学探究）4.培养对自然界中物质状态变化的好奇心和探索精神，认识到物理现象在日常生活中的重要性。（科学态度与责任）【学习重点】1.准确理解升华和凝华的物理定义及其发生的条件。2.升华和凝华过程中能量的转移和变化。【学习难点】1.区别升华、熔化和汽化等物理过程的异同。2.实验观察中如何准确记录和分析升华和凝华现象的数据，理解其背后的物理原理。【自主预习】阅读教材77页~79页《升华和凝华》，并完成以下问题：1.升华（1）定义：物质从固态直接变成气态的过程，叫做升华。比如樟脑丸变小，就是樟脑丸由固态直接变为气态，发生了升华现象。（2）特点：升华是个吸热过程，升华时会从周围环境吸收热量，使周围环境温度降低，所以升华有致冷作用。例如，干冰升华时会吸收大量的热，可用于人工降雨、食品冷藏、舞台烟雾效果制造等。（3）常见升华现象：冬天，冰冻的衣服变干；用久的白炽灯灯丝变细；放在衣柜里的樟脑球变小最后消失；固态碘加热后变为紫红色的碘蒸气。2.凝华（1）定义：物质从气态直接变成固态的过程，叫做凝华。像霜的形成，就是空气中的水蒸气直接变成了固态的小冰晶，属于凝华现象。（2）特点：凝华是个放热过程，凝华时会向周围放出热量。（3）常见凝华现象：霜、雪、冰花、雾凇的形成；灯泡用久了内壁会变黑（灯丝钨升华成气态钨，气态钨又在灯泡内壁凝华成固态钨）。【探究新知】探究一、升华和凝华1.现象探究：升华和凝华现象现象原因归纳冬天，室外冰冻的衣服会慢慢变干在衣服变干的过程中，衣服上的冰直接变成了水蒸气冰、樟脑、钨丝都是由固态直接变成了气态放在衣柜中的樟脑片，时间长了会变小在樟脑片变小的过程中，樟脑从固态直接变成了气态用久的日光灯两端钨丝变细了钨丝变细的原因是钨从固态直接变成了钨蒸气冬天，窗玻璃上出现冰花室内空气中温度高的水蒸气遇到冷的窗玻璃从气态直接变成固态水蒸气直接由气态变成固态的霜、雾凇和冰花深秋或初冬的早晨，草木、瓦石上出现霜空气中的水蒸气遇到冷的草木、瓦石（温度在0℃以下）从气态直接变成固态冬天树枝上出现雾凇空气中的水蒸气遇到冷的树枝从气态直接变成固态2.演示实验：碘的升华和凝华【实验器材】【实验过程及现象】(1)如图所示，密封的玻璃容器中有少量碘颗粒，将其浸入热水中，可以观察到紫色碘蒸气充满容器。说明：碘吸热由固态直接变成气态，此时容器中没有出现液态的碘。(2)取出碘升华管，管内的紫气变淡，管内重新出现黑色的碘颗粒，注意此时容器中没有出现液态的碘。说明：碘蒸气放热由气态直接变成固态碘颗粒附着在容器内壁上。【实验现象分析】 已知在标准大气压下，水的沸点是100℃，固态碘的熔点是114℃，热水的温度略低于100℃，达不到固态碘的熔点，固态碘无法熔化，固态碘吸热由固态直接变为气态，没有经历液态的过程【实验结论】碘可以在固态和气态间直接转化，不出现液态过程。有固体变成气体是吸热的过程，由气体变成固体是放热的过程。3.升华和凝华的概念（1）升华：物质从固态直接变成气态的过程叫作升华，升华是吸热的过程。（2）凝华：物质从气态直接变成固态的过程叫作凝华，凝华是放热的过程。4.升华吸热在生活中的应用物质升华时从周围环境中吸收大量的热，在日常生活中应用最广泛的干冰的升华。①干冰是在一个大气压下，以-78.5℃存在的固体二氧化碳（CO2），在常温下可以直接变成二氧化碳气体。②特点：容易升华，有吸热致冷作用。（1）人工降雨将干冰撒入云层，干冰升华时吸热，使周围气温急剧降低，云层中的水蒸气放热，或液化成小水滴，或凝华成小冰晶，进而相互聚集，最后下落形成降雨。（2）存储食物干冰冷却的温度比冰低的多，利用干冰可以产生-78℃的低温。由于“干冰”会直接升华为温度很低的、干燥的二氧化碳气体，因此它的冷藏效果好，有利于食物的贮存。（3）舞台效果 舞台上喷出的干冰瞬间升华，从周围吸热，导致温度下降，空气中的水蒸气遇冷迅速液化成大量的小水滴，可以形成云雾缭绕的舞台效果，即我们所见到的“烟雾”。5.物态变化总结物质一般分为三种状态：固态、液态和气态。这三种状态之间又存在着六种物态变化：熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华。各过程的吸、放热情况与联系如图所示。【典例1】在做“碘的升华”实验时，同学们分别采用如图所示的甲、乙两种方案对“碘锤”进行加热（常压下，碘的熔点为113.60℃，碘的沸点为184.25℃，酒精灯火焰的温度约400℃），你认为选择（填“甲”或“乙”）方案更为科学合理，确保碘不会受热（物态变化）。【答案】甲熔化【详解】[1][2]做“碘的升华”实验时，选择甲方案更为科学合理，选用该方案主要是为了控制温度，确保碘不会受热而熔化。若选乙方案，酒精灯火焰的温度约400℃，超过碘的熔点，碘会发生熔化现象。【典例2】生活处处有物理，处处留意皆学问：如图是从冰箱冷冻室里拿出的一块冻肉，过一会儿看到其表面有一层“白霜”，这是一种现象，用湿手触摸片刻会感觉手指被“黏”住了，这是因为手上的水发生（以上两空均填物态变化名称）；这两种物态变化过程中的吸放热情况是（相同/不同）的。【答案】凝华凝固相同【详解】[1]冻肉表面出现的“白霜”是空气中的水蒸气遇冷直接变成固态小冰晶的过程，属于凝华现象。这种现象常见于低温物体表面，如冬天的霜、冰箱冷冻室的结霜等。[2]湿手触摸冻肉时，手上的液态水遇冷迅速放热，由液态变成固态冰，这是凝固现象。这个过程会将手指和冻肉“黏”在一起，类似于冬天铁栏杆会黏住舌头。[3]凝华和凝固的过程，都需要放出热量。虽然一个是气态直接变固态，一个是液态变固态，但两者都是放热过程。探究二、水循环自然界中的水循环是通过水的三态变化实现的，水循环的三个基本环节是蒸发、降水和径流，如下图所示。通过水的三态变化，地球上的水在不停地循环：阳光照在海面上，海水吸热蒸发成为水蒸气，上升到空中；当水蒸气上升到高空以后，与冷空气接触，水蒸气便液化成为小水滴，大量的小水滴悬浮在高空中，就形成了云；小水滴相互聚集，就会凝结成大水滴下降成为雨；如果在高空遇到更加寒冷的气流，小水滴就会凝固成小冰珠，最后有可能形成冰雹降落到地面；冬天，水蒸气在寒冷的高空急剧降温，从而凝华成微小的冰晶，这些冰晶聚集起来，就变成雪花飘落大地；这些天空的降水落到地面，一部分直接变为小溪，另一部分渗入地下，涌出地表后变成股股清泉，许多小溪汇合，形成江河，又注入大海。【典例3】水是生命之源，其存在的方式与状态随环境和气候经常发生变化，且循环往复。以下关于水的物态变化及吸放热，解释正确的是（）A．阳光普照海洋，海水吸热升华形成水蒸气B．小水滴遇到更寒冷的气流，凝华形成小冰晶，形成冰C．冬天，水蒸气在寒冷的高空急剧降温凝固成小冰晶，形成雪花D．水蒸气上升到高空，与冷空气接触，有的液化成小水滴或凝华成小冰晶，形成云【答案】D【详解】A．海水吸热形成水蒸气，是液态变成气态的过程，是汽化现象，故A错误；B．小水滴遇到更冷的气流，形成小冰晶，是液态变成固态的过程，是凝固现象，故B错误；C．冬天，水蒸气在寒冷的高空急剧降温形成小冰晶，是气态变成固态的过程，是凝华现象，故C错误；D．水蒸气与冷空气接触，水蒸气遇冷会液化成小水滴或者凝华成小冰晶，悬浮在高空形成云，符合实际情况，故D正确；故选D。探究三、科学·技术·社会·环境1.地球上的水资源地球表面的70%以上是海洋。虽然地球表面大部分被水覆盖，但是其中海水约占97%，江河湖泊、土壤、岩层和冰川中的淡水仅占约3%，而能够供人类直接利用的淡水资源更是仅占淡水资源的0.3%。水资源与人类的关系非常密切，是维持人类生活的源泉。2.水资源危机随着社会的发展，技术的进步，人类对水的依赖程度越来越大。除了日常的生活用水以外，工业生产也必须用水。在纺织、印染、造纸、炼钢等各个工业领域都需要大量的水资源，农业灌溉更需要大量的水资源。此外，城市的消防、绿化、公共场所的清洁卫生都少不了水。随着人口的膨胀和经济的增长，水资源已经出现了严重的危机。人们不仅直接消耗了大量水资源，在生产和生活中还造成了水的污染，进一步加剧了水资源危机，这已经敲响了人类生存的警钟。3.节约用水请大家思考一下：水资源缺乏是当今世界的一大危机，我们应如何合理地节约用水？因此，我们不仅需要改进节水技术、优化用水系统的运行，更需要每个人提高节水意识、养成良好的用水习惯，共同保卫我们的蓝色家园。【典例4】关于水资源，下列说法正确的是（）A．华安县城自来水水源是地表水，与地下水相比较，水硬度相对偏高B．地球上的淡水只占总水量的2.7%，而可供人类使用的淡水仅占全部淡水的0.3%C．华安有九龙江北溪从北至南纵贯全境，不会出现水资源危机D．因为地球上的水循环，所以水资源“取之不尽、用之不竭”【答案】B【详解】A．华安县城自来水水源是地下水，与地表水相比较，水硬度相对偏低，故A错误；B．地球上的淡水只占总水量的2.7%，其中近70%是固体冰川，目前被人类大量利用的淡水资源主要是河流水、淡水湖泊水，以及浅层地下水，可供人类使用的淡水只有全部淡水的0.3%，故B正确；C．华安淡水资源总量多，但如果不节约用水仍然会出现水资源危机，故C错误；D．水是一种有限的宝贵资源，必须保护水资源，水资源并不是“取之不尽用之不竭”，所以我们必须保护水资源，故D错误；故选B。【课堂总结】【课堂练习】1．科技小组的同学们设计出一种手抛灭火弹，弹内装有干冰（固态二氧化碳）。将灭火弹投入火场后，外壳破裂，干冰迅速变为气态二氧化碳，从周围吸热，达到灭火效果。上述过程中干冰发生的物态变化是（）A．凝固 B．液化 C．升华 D．汽化【答案】C【详解】干冰吸热由固态直接变为气态二氧化碳，故此过程中干冰发生的物态变化是升华。故选C。2．下列四幅图中涉及的物态变化以及吸放热情况，对应关系正确的是（）A．初春，湖面上冰化成水——液化吸热B．夏天，山顶上形成薄雾——汽化吸热C．秋天，草叶上形成露珠——液化放热D．严冬，树枝上出现雾凇——凝固放热【答案】C【详解】A．固态的冰化成液态的水是熔化现象，熔化吸热，故A错误；B．雾是由空气中的水蒸气遇冷放热液化形成的小液滴，故B错误；C．露是由空气中的水蒸气遇冷放热液化形成的小液滴，故C正确；D．雾凇是由空气中的水蒸气遇冷放热凝华而成的小冰晶，故D错误。故选C。3．某同学在探索厨房中的物态变化问题时，记录了他观察到的几种现象，并运用所学知识对这些现象进行了解释。下列说法正确的是（）A．给鱼保鲜的冰块从鱼身上脱落并化成水，属于熔化现象，需要吸热B．从冰箱中取出的冻肉表面出现一层白霜，属于凝固现象，需要放热C．锅中的水煮开后，一打开锅盖冒“白气”，属于汽化现象，需要放热D．用蒸锅蒸馒头时，锅盖上会出现小水珠，属于液化现象，需要吸热【答案】A【详解】A．给鱼保鲜的冰块从鱼身上脱落并化成水，是固态的冰变成液态的水，属于熔化现象，熔化需要吸热，故A正确；B．从冰箱中取出的冻肉表面出现一层白霜，是空气中的水蒸气遇冷直接变成固态的霜，属于凝华现象，凝华需要放热，而不是凝固现象，故B错误；C．锅中的水煮开后，一打开锅盖冒“白气”，“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水珠，属于液化现象，液化需要放热，而不是汽化现象，故C错误；D．用蒸锅蒸馒头时，锅盖上会出现小水珠，是水蒸气遇冷液化形成的，属于液化现象，液化需要放热，而不是吸热，故D错误。故选A。4．水循环是人类的生存和生活离不开的重要环节，图中甲、乙、丙代表了水的三种状态，其中乙是水，乙放热变成甲，则下列选项中说法正确的是（）A．甲是水蒸气 B．丙变成乙是汽化C．丙变成甲的过程要放热 D．甲变成乙是升华，需要吸热【答案】C【详解】A．乙是水，乙放热变成甲，水凝固成冰要放热，由图可知：甲是冰，丙是水蒸气，故A错误；D．甲是冰，乙是水，丙是水蒸气，则甲变成乙是冰熔化成水，需要吸热，故D错误；B．丙变成乙是水蒸气变成水，是液化现象，故B错误；C．丙变成甲，是水蒸气凝华变成冰，需要放热，故C正确。故选C。5．水是生命的乳汁、经济的命脉，是自然界奉献给人类的宝贵资源。下列关于地球上的水循环和水资源认识正确的是（）A．水循环造就了雪山和湖泊B．水循环按照固态液态气态的固定顺序循环进行C．地球上的淡水大约占地球总水量的97%，淡水资源丰富D．大量开采地下水，对环境不会造成损害，可以解决部分地区饮水问题【答案】A【详解】A．水循环的过程伴随着水的物态变化过程，包括熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华等物态变化，造就了雪山和湖泊，故A正确；B．水循环在海洋、陆地和天空等不同领域以固态、液态或气态形式存在。但不是按照固态液态气态的固定顺序循环进行，故B错误；C．目前人类利用的淡水资源，主要是江河湖泊水和浅层地下水，仅占全球淡水总量的，故C错误；D．大量开采地下水，可以解决部分地区饮水问题，但对环境会造成损害，故D错误。故选A。6．龙江是