13.4 升华与凝华教学设计-沪科版九年级物理

13.4升华与凝华教学设计——沪科版九年级物理一、设计理念与学情分析本课立足于沪科版九年级全一册物理教材第13章第4节"升华与凝华"，是物态变化知识体系的收束环节。教材在熔化、凝固、汽化、液化之后，安排升华与凝华，意在使学生形成对物质三态间六种变化路径的完整认知。升华与凝华相较于前四种物态变化，在生活中不常被学生主动关注，樟脑丸变小、冬天玻璃上结霜等现象虽耳熟能详，却很少被作为物理过程加以审视。九年级学生已具备分子动理论与温度、内能等热学基础概念，能够从微观层面理解固气两相转变中分子排列与间距的变化，但在将抽象概念与实际现象建立联结时，仍需借助直观实验与典型实例。教学设计应坚持以实验为载体、以思维为核心、以生活为延伸，让学生在观察、推理、辨析中自主建构升华与凝华的概念，理解其吸放热本质，并能用以解释自然与生活中的相关现象。教学设计依据《义务教育物理课程标准（2022年版）》中"物质"的二级主题，围绕固态、液态和气态是物质存在的三种状态，在一定条件下可以相互转化这一核心要求展开，同时渗透科学态度与责任的育人导向。通过碘升华实验、凝华成像演示等教学活动，引导学生经历"观察现象—提出问题—设计实验—分析归纳—迁移应用"的科学探究全过程，培育严谨求实的科学品格。二、教学目标知识与技能：能说出升华和凝华的含义，能辨识生产生活中常见的升华与凝华现象，能根据物态变化图判断物质所经历的物态变化过程。过程与方法：通过碘升华实验的设计与观察，提高控制变量、对比观察的实验能力；通过对樟脑丸、人工降雨、霜雾凇等案例的剖析，提升归纳概括和模型建构能力。情感态度与价值观：感受物理知识在解释自然现象、服务生产生活中的重要价值，形成尊重事实、敢于质疑的科学精神。三、教学重点与难点教学重点：升华和凝华的概念；物态变化过程中的吸热与放热判断；用分子动理论解释固气两相变化。教学难点：从微观角度理解固体直接变为气体的过程；区分凝华与凝固、凝华与液化的不同点；解释霜、雪、雾凇等常见天气现象的形成条件。四、教学方法与资源教法：实验探究法、情境创设法、问题链驱动法。学法：观察法、对比分析法、模型建构法。教学资源：碘升华实验装置（密封玻璃管、碘颗粒、酒精灯、烧杯热水）、干冰升华演示装置、冬天窗户结霜图片、樟脑丸实物、人工降雨视频资料、樟脑球微观结构示意图、分子运动模型教具、多媒体课件。五、教学过程（一）情境导入，引出新知（5分钟）教师在讲台放置一只打开盖的香水瓶和一碟刚从冷冻室取出的冰块，请一位学生描述两种现象的异同。学生描述完毕后，教师追问：冰块放在空气中会逐渐变小，水到哪里去了？学生根据已有经验得出"融化成水又蒸发了"的结论。此时教师出示一张冬日清晨的照片——窗户玻璃外表面结了一层晶莹的霜花，提问：霜花是从哪里来的？它的"前身"是什么形态？是液态水凝固形成的，还是其他途径？学生产生认知冲突。教师接着展示一张樟脑丸长期放置后逐渐缩小的图片，并提出本节核心问题：物质能不能不经过液态而直接从固态变为气态？又能不能从气态直接变为固态？这便是本节要研究的物态变化——升华与凝华。（二）实验探究，建构概念（15分钟）1.碘升华实验。教师出示密封玻璃管中的碘颗粒，引导学生观察颜色（紫黑色固体）和密封管内是否可见其他形态。学生报告：管内只见固体碘，看不到液体。教师演示实验：将装有碘颗粒的密封管竖直夹持，下端浸入热水烧杯中（水温约80℃），上端保持常温。约两分钟后，学生观察到管底固体碘逐渐减少直至消失，而整个管壁上特别是管壁上端出现大量紫黑色固体沉积。学生产生疑问：碘到哪里去了？为什么又"重新出现"在管壁上？管内并未出现液态碘，说明什么？教师组织讨论：管底固态碘受热后并未变成液体，而是直接变为气态，气态碘在管壁温度较低处又直接变为固态固体。整个过程没有经历液态。学生总结：固态直接变为气态的过程叫升华。教师补充：碘蒸气有特殊气味，学生能闻到微弱气味，进一步证明碘确实变成了气态。2.干冰升华演示。教师将干冰（固态二氧化碳）放入大烧杯，观察现象。干冰迅速"消失"，烧杯外壁出现大量"白雾"。教师引导学生辨析：白雾是什么？是干冰升华产生的气态二氧化碳吗？气态二氧化碳是无色无味的，肉眼看不见。学生讨论后得出：白雾是空气中的水蒸气遇到冷凝的烧杯壁液化而成的小水滴。这一对比强化了"升华后得到的气体不可见"的认识，避免学生将白雾误认为升华产物。3.凝华实验。教师在碘升华实验的基础上，引导学生逆向思考：管壁上沉积的紫黑色固体是怎么来的？是从气态直接变为固态的吗？学生结合观察得出肯定答案。为进一步验证，教师演示另一组实验：取一只洁净的玻璃片置于装有干冰的大烧杯口上方（不要接触），片刻后玻璃片下表面出现一层白色"霜"。教师提问：这层"霜"是怎么形成的？干冰升华时大量吸热，使周围空气温度降低，空气中的水蒸气在玻璃片下表面遇冷直接变为固态小冰晶——这就是凝华。学生通过观察与推理，自主建构凝华概念：气态直接变为固态的过程叫凝华。（三）微观解释，深化理解（8分钟）教师借助分子运动模型教具与课件，引导学生从微观角度分析升华与凝华的本质。在升华过程中，固态物质温度升高时，分子热运动加剧，分子间距离逐渐增大，当分子获得的能量足以挣脱分子间作用力的束缚时，分子便脱离固体表面，进入空间成为气态分子。整个过程物质由固态直接变为气态，需不断吸收热量，因此升华是吸热过程。在凝华过程中，气态分子在温度降低时热运动减弱，分子间距离减小，分子重新被分子间作用力束缚，进入有序排列，形成固体。整个过程物质由气态直接变为固态，要向外放出热量，因此凝华是放热过程。教师对比熔化吸热、凝固放热、汽化吸热、液化放热，引导学生归纳：所有物态变化过程都伴随着能量的转移，物质从有序程度高的状态向有序程度低的状态变化时通常吸热，反之通常放热。升华与凝华同样遵循这一规律。（四）生活辨析，强化应用（10分钟）教师呈现一组生活实例，请学生判断属于哪种物态变化，并说明吸放热情况。实例一：冬天晾在室外的湿衣服会结冰，但结冰的衣服经过几天也会变干。学生讨论后明确：冰直接变为水蒸气，是升华，吸热。这是利用冰升华的原理进行干燥的典型例子，寒冷地区冬季衣物晾晒正是利用了升华。实例二：霜的形成。深秋或冬日的清晨，地面附近的水蒸气在草叶、瓦片、玻璃上直接凝华成固态小冰晶，是凝华，放热。这是凝华而非凝固——凝固是液态变固态，凝华是气态变固态，二者虽然都形成固体，但前体状态不同。实例三：雾凇的形成。雾凇是水蒸气在树枝、电线等物体上凝华并不断聚集形成的乳白色冰晶沉积物。我国吉林雾凇与桂林山水、云南石林并称"中国四大自然奇观"，是凝华的典型景观。实例四：樟脑丸（卫生球）变小。樟脑丸的主要成分是萘，萘具有易升华的特性，置于衣柜中会缓慢升华，使衣柜内充满萘蒸气，从而达到驱虫防蛀的目的。这是生活中对升华原理的直接应用。实例五：利用干冰进行人工降雨。教师播放人工降雨原理视频：高空云层中撒播干冰，干冰升华吸热，使云层中水蒸气温度骤降而凝华成小冰晶，冰晶逐渐增大下落，途中熔化为水滴，形成降雨。整个过程涉及两次物态变化——升华（干冰变气）和凝华（水蒸气变冰晶），还有后续的熔化过程。实例六：冬天汽车挡风玻璃内侧起雾。这与升华凝华无关，是液化现象。学生辨析后明确：起雾是车内水蒸气遇到温度较低的玻璃液化而成的小水滴。判断物态变化的关键在于分清变化前后的状态。教师引导学生归纳升华与凝华在实际应用中的特点：升华可作制冷剂（干冰）、可干燥物品（冷冻干燥）、可提纯物质（碘的提纯）；凝华可形成特殊景观、可用于人工降雨等。（五）对比辨析，澄清误区（5分钟）教师呈现辨析题组：4.霜是水凝固形成的，对吗？不对。霜是水蒸气凝华形成的，不是液态水凝固形成。凝固的产物如冰块，是液态水在0℃以下凝固而成。霜出现在温度较低且空气湿度大的清晨，是气态直接变固态。5.冬天晾衣服，衣服上的冰变干是汽化吗？不是。冰直接变为水蒸气，属于升华，不是汽化。汽化特指液态变气态。6.灯泡用久了灯丝变黑是升华吗？不是。灯丝（钨丝）在高温下发生的是升华现象，钨蒸气遇到温度较低的玻璃泡内壁凝华成固态钨附着在玻璃上，使灯泡变黑。这里前半段是升华，后半段是凝华。这一现象可作为升华与凝华同时发生的典型实例。学生分组讨论后派代表回答，教师补充订正，使学生对易混点形成清晰认知。（六）课堂小结与板书建构（3分钟）教师与学生共同回顾本节知识，构建知识结构网络：物态变化六种形式固态⇌液态⇌气态熔化（吸热）⇋凝固（放热）汽化（吸热）⇋液化（放热）升华（吸热）⇋凝华（放热）教师强调：六种物态变化构成物质三态间相互转化的完整图景，升华与凝华是其中独特的两种——它们跳过了液态环节，体现了物态变化路径的多样性。理解物态变化不仅要记住名称，更要把握"状态变化""吸放热""微观本质"三个维度。（七）作业布置与拓展延伸（3分钟）基础作业：完成教材配套习题第1—6题；用分子动理论解释为什么樟脑丸放久了会变小。实践作业：观察冬日早晨的窗户、树叶、瓦片，记录霜、雾凇出现的位置和环境条件，写一篇300字以内的观察报告。拓展作业：查阅资料，了解"冷冻干燥"技术在食品加工、医药保存中的应用，写一段话介绍其物理原理。六、教学评价与反思教学评价采用过程性评价与终结性评价相结合的方式。课堂上通过提问、讨论、实验观察评估学生对概念的建构程度；课后通过作业完成情况评估知识迁移与应用能力；观察报告中学生的描述是否准确反映了霜、雾凇的形成条件，是否能区分凝华与凝固等相近概念。本课教学的特色在于三个"注重"：注重以实验为载体，让学生在观察中思考；注重以生活为素材，让物理贴近学生经验；注重以思维为核心，通过对比辨析澄清误区，提升学生的科学思维能力。反思维度：若学生基础较弱，可在碘升华实验前增加固体、液体、气体分子间