4.3 熔化和凝固（教学设计）物理新教材沪粤版八年级上册

该初中物理教学设计聚焦“熔化和凝固”核心知识，通过古代冶金工艺情境导入，承接汽化与液化的物态变化认知，为后续升华与凝华学习奠定基础，构建完整的物质形态变化知识链。 以海波与石蜡对比实验为核心，融入古代冶金科普视频和实验动画，引导学生经历完整科学探究过程，通过图像分析建立晶体与非晶体分类模型，结合“下雪不冷化雪冷”等生活实例渗透科学态度，助力学生深化物理观念，教师易操作且能高效提升学生科学思维与探究能力。

4.3 熔化和凝固（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 4.3 熔化和凝固 教学 目标 物理观念 1. 深入理解熔化、凝固的基本概念，明确熔化是固态变为液态、凝固是液态变为固态的互逆过程； 2. 准确区分晶体与非晶体的本质差异，掌握两类物质熔化、凝固过程的温度变化特点； 3. 理解熔点、凝固点的物理意义，知道同种晶体的熔点与凝固点数值相等。 科学思维 1. 学会分析晶体、非晶体的熔化与凝固温度 - 时间图像，从图像特征中归纳物质的吸放热规律与物态变化过程； 2. 通过对比海波与石蜡的熔化实验，建立晶体与非晶体的分类模型，提升归纳辨析与逻辑推理能力； 3. 能运用 “熔化吸热、凝固放热” 的原理解释生活中的热现象，形成 “现象 — 规律 — 应用” 的思维链条。 科学探究 1. 经历 “提出问题 — 设计实验 — 采集数据 — 绘制图像 — 分析论证” 的完整探究过程，掌握水浴加热的实验方法； 2. 能规范使用温度计、秒表等器材，准确记录实验数据，绘制温度 - 时间图像； 3. 通过对比实验，自主归纳晶体与非晶体的熔化、凝固规律，提升实验设计与数据处理能力。 科学态度 与责任 1. 感受古代冶金技术的智慧，体会物理知识在生产生活中的应用价值，增强文化自信； 2. 养成严谨求实、实事求是的科学实验态度，规范实验操作，如实记录数据； 3. 运用物态变化规律解释生活现象，树立学以致用的意识，激发热学探究兴趣。 教材 分析 本节是第四章《物质的形态及其变化》的核心课时，承接上一节汽化与液化的物态变化认知，系统探究固态与液态之间的转化规律。教材以古代金属冶炼的历史情境引入，通过海波、石蜡的对比实验，系统讲解晶体与非晶体的熔化、凝固特点，深入剖析熔点、凝固点的概念，结合温度 - 时间图像分析与生活应用，构建完整的固液转化知识体系。本节课实验性强、逻辑严谨，既是物态变化知识的核心内容，也为后续学习升华与凝华奠定了 “物态变化伴随能量转移” 的认知基础，同时融入传统文化与科学探究方法，充分体现了 “从生活走向物理，从物理走向社会” 的课程理念。 学情分析 1. 知识储备：学生对冰雪消融、蜡烛熔化、金属铸造等现象有丰富的生活经验，但对熔化、凝固的物理本质理解模糊；普遍存在 “熔化过程温度一定升高” 的认知误区，对晶体与非晶体的区别、熔点的概念认识不清。 2. 思维能力：学生具备初步的实验操作能力，但对温度 - 时间图像的分析能力不足，容易混淆熔化与凝固、晶体与非晶体的图像；对 “熔化吸热温度不变” 的本质理解不深，需要实验与图像结合突破。 3. 学习特点：学生对动手实验、生活现象分析兴趣浓厚，但容易重现象轻本质，对规律的深层理解需要教师逐步引导；对实验操作的规范性、数据记录的完整性需要系统训练。 教学重点 1. 熔化与凝固的物理定义，以及 “熔化吸热、凝固放热” 的能量特点； 2. 晶体与非晶体的熔化差异，晶体有固定熔点、熔化时温度不变； 3. 晶体熔化 / 凝固的温度 - 时间图像识别，各阶段的物态与温度变化。 教学难点 1. 深入理解熔点与凝固点的物理意义，明确同种晶体熔点与凝固点相等的规律； 2. 突破图像中 “水平段” 的理解难点，明白该阶段物质吸放热但温度不变的本质； 3. 运用 “熔化吸热、凝固放热” 的原理，科学解释 “下雪不冷化雪冷”“菜窖放水防冻” 等生活现象。 教学 器材 分组实验器材：铁架台、酒精灯、石棉网、烧杯、试管、温度计、秒表、海波、石蜡、搅拌棒、火柴、温水； 演示器材：冰块、松香、玻璃、金属熔点对比示意图； 多媒体素材：古代冶金科普视频、海波熔化实验演示、晶体与非晶体熔化对比动画、生活中的熔化凝固现象图片。 教师活动 学生活动 导入新课 【文化情境引入】展示后母戊鼎、越王剑的图片，介绍古代冶金工艺：古人将金属矿石投入熔炉，高温使固态金属熔化为液态；注入模具冷却后，液态又凝固为固态，最终铸就精美的器物。 提出问题：物质从固态变为液态、从液态变为固态的过程中，温度如何变化？所有物质的熔化规律都一样吗？ 引入课题：今天我们就通过实验探究熔化与凝固的规律，读懂物质形态变化背后的科学原理。 感受古代冶金技术的智慧，结合生活经验思考熔化、凝固现象；明确本节课的学习主题，带着探究问题进入新课。 学习新课 一、熔化和凝固的概念 1．概念梳理 结合生活实例讲解： - 熔化：物质从固态变成液态的过程，需要吸热； - 凝固：物质从液态变成固态的过程，需要放热。 举例：冰雪消融、金属冶炼是熔化；水结冰、铁水铸造成零件是凝固。 强调：熔化和凝固是互逆的物态变化过程。 2. 实验方法：水浴加热 讲解实验装置与水浴法的优点：将装有固体的试管放入水中加热，能使被加热物质受热均匀、温度上升缓慢，便于观察状态变化与记录温度。 理解熔化、凝固的定义，知道二者是互逆过程； 认识水浴加热的实验方法，理解受热均匀的优点。 学习新课 二、探究海波的熔化特点 1. 实验设计与操作 介绍实验器材，讲解实验步骤： ① 组装器材：按照自下而上的顺序，固定铁架台、酒精灯、石棉网、烧杯、试管、温度计； ② 加热观察：从约 35℃开始，每隔 1min 记录一次温度，同时观察海波的状态变化； ③ 持续观察：直到海波全部熔化后，再继续观察 3min； ④ 绘制图像：以时间为横坐标、温度为纵坐标，绘制温度 - 时间图像。 强调注意事项：温度计玻璃泡浸没在海波中、不碰试管壁底；搅拌棒轻轻搅拌，使海波受热均匀。 学生分组实验，教师巡视指导，纠正操作问题。 2. 实验现象与结论 引导学生根据数据与图像，分析海波熔化的特点： ① AB 段：固态，吸热，温度升高； ② BC 段：固液共存态，继续吸热，温度保持不变； ③ CD 段：液态，吸热，温度升高。 讲解：海波熔化时有固定的熔化温度，这个温度叫做熔点。 思考：熄灭酒精灯，海波还会继续熔化吗？ 结论：晶体熔化的条件：温度达到熔点；持续吸热。 3. 海波的凝固规律 引导学生推理：凝固是熔化的逆过程。 结合凝固图像分析： ① DE 段：液态，放热，温度降低； ② EF 段：固液共存态，放热，温度不变； ③ FG 段：固态，放热，温度降低。 讲解：晶体凝固时的温度叫做凝固点；同种晶体的熔点与凝固点相同。 晶体凝固的条件：温度达到凝固点；持续放热。 了解实验器材与步骤，明确操作规范； 分组完成实验，观察状态变化，记录实验数据，绘制温度 - 时间图像； 根据实验数据与图像，自主归纳海波熔化的温度变化特点； 理解熔点的概念，掌握晶体熔化的两个条件； 结合熔化规律推理凝固规律，理解凝固点的概念，知道同种晶体熔点与凝固点相同。 学习新课 三、探究石蜡的熔化特点 1. 对比实验 参照海波实验的方法，用石蜡进行对比实验，从 40℃开始观察，记录温度与状态变化，绘制温度 - 时间图像。 2. 实验结论 引导学生对比海波与石蜡的熔化图像，得出结论： 石蜡熔化时没有固定的熔化温度，熔化过程中温度持续上升，是一个逐渐软化的过程。 强调：石蜡熔化时也需要持续吸热。 推理：石蜡凝固时，没有固定的凝固温度，温度持续下降，同时放热。 3. 晶体与非晶体 总结分类： - 晶体：有固定熔化温度的固体，如海波、冰、食盐、各种金属； - 非晶体：没有固定熔化温度的固体，如石蜡、松香、玻璃、沥青、橡胶。 对比总结： 对比维度 晶体 非晶体 熔点 有固定熔点 无固定熔点 熔化过程 固液共存，温度不变 逐渐软化，温度持续升高 凝固过程 固液共存，温度不变 逐渐硬化，温度持续下降 共同点 熔化吸热，凝固放热 熔化吸热，凝固放热 4. 典例分析 讲解课件例 1、例 2、例 3、例 4，巩固晶体与非晶体的判断、图像分析与规律应用。 完成石蜡熔化的对比实验，记录数据，绘制图像； 对比海波与石蜡的熔化规律，归纳二者的差异； 理解晶体与非晶体的定义，识记常见的晶体与非晶体； 通过对比表格，系统掌握两类物质的熔化、凝固特点； 完成典例练习，巩固图像分析与规律应用。 学习新课 四、熔化吸热、凝固放热的应用 1. 生活现象解释 ① “下雪不冷，化雪冷”：下雪是水蒸气凝华成雪，放热；化雪是雪熔化，吸热，使气温降低。 ② 冬天菜窖里放几桶水：水凝固时放热，使菜窖内温度不至于太低，防止蔬菜冻坏。 ③ 金属冶炼：利用金属的熔点不同，进行合金冶炼与铸造。 ④ 温度计的选择：测量低温时，要选择凝固点低于被测温度的液体（如漠河地区不能用水银温度计）。 2. 方法总结 物态变化的分析思路：明确物质的初态和末态→判断物态变化类型→确定吸放热→解释现象。 运用熔化、凝固的规律分析生活现象，理解背后的物理原理； 掌握物态变化的分析方法，提升知识应用能力。 课 堂 练 习 1．外出旅行时，可先将多瓶矿泉水冻成冰，再放入装有食物的泡沫塑料箱中，以达到保鲜的目的。这种保鲜方法主要是利用了（     ） A．冰熔化吸热 B．冰熔化放热 C．水凝固放热 D．水凝固吸热 【答案】A 【解析】冰从固态熔化为液态水的过程中会吸收热量，能使泡沫塑料箱内温度降低，从而起到给食物保鲜的作用，即这种保鲜方法主要是利用了冰的熔化吸热，故选A。 2．冷冻液在汽车冷却系统中循环，起到了至关重要的作用。比如冬天时江北地区的汽车司机常用水和酒精的混合液体作为发动机的冷冻液，这是因为这种混合液具有（　　） A．较低的沸点 B．较低的凝固点 C．较易流动 D．蒸发性能强 【答案】B 【解析】因为酒精的凝固点远低于水的凝固点，酒精和水的一定比例的混合液的凝固点也远低于水的凝固点0℃，冷冻液的凝固点降低了，才能防止低温时冷冻液凝固膨胀损坏发动机，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 3．打铁花是中国传统民俗焰火技艺。通过泼打1600 ℃以上高温铁水形成“火树银花”的视觉效果，如图所示。泼打出去的高温铁水在空中经历了（　　） A．熔化、吸热 B．熔化、放热 C．凝固、放热 D．凝固、吸热 【答案】C 【解析】泼打出去的高温铁水是液态，在空中遇冷后变成固态的铁屑，这个过程是凝固，凝固过程是物质从液态变为固态，需要放出热量。故选C。 4．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　） A．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 B．晶体熔化时吸热，温度不断升高 C．非晶体凝固时放热，温度保持不变 D．冰是非晶体，石蜡是晶体 【答案】A 【解析】A．晶体具有规则的原子或分子排列，熔化时温度保持不变，直到完全熔化，因此有固定熔点。非晶体没有规则结构，熔化时温度逐渐升高，没有固定熔点，故A正确； B．晶体熔化时吸热，但温度保持不变，故B错误； C．非晶体凝固时放热，但温度持续下降，故C错误； D．冰是晶体，具有规则的六边形结构。石蜡是非晶体，熔化时温度逐渐升高。故D错误。 故选A。 5．固态水银的熔点为-39℃，液态水银的沸点是357℃，请帮助分析处于-52℃环境下的水银是____________态，____________（选填“能”或“不能”）用水银温度计测1标准气压下沸水的温度。 【答案】 固 能 【解析】因-52℃低于水银的熔点-39℃，故此时水银为固态； 1标准大气压下沸水温度为100℃，介于水银的熔点和沸点之间，此时水银为液态，可正常利用热胀冷缩性质测温，故能用水银温度计测量沸水温度。 6．炎热的夏天，从冰箱内取出的冰块，冰块_______________（填物态变化名称）成了液体，为了加快这一过程，可以在冰块上加些盐，说明冰加盐后熔点_______________（选填“升高”、“降低”或“不变”）。 【答案】 熔化 降低 【解析】[1] 物质从固态变为液态的物态变化是熔化，冰块由固态转化为液体，对应物态变化为熔化。 [2] 标准大气压下冰的熔点为，原本的冰无法熔化，加盐后冰块能在该温度下熔化，说明冰加盐后可在更低温度下熔化，因此熔点降低。 7．古代劳动人民巧妙地利用水来开山采石。冬季，在白天给石头打一个洞，再往洞里灌满水并封实，待晚上降温，水___________（选填物态变化名称）结冰后石头就裂开了；在我国的漠河冬季最低气温可达，应该选___________温度计测量。（酒精熔点是，煤油熔点是） 【答案】 凝固 酒精 【解析】水结冰的过程是液态变为固态的过程，属于凝固过程。温度计利用液体的热胀冷缩的原理工作，要求测温物质在被测温度下保持液态，漠河冬季最低气温为，煤油的熔点是，低于煤油的熔点，此时煤油会凝固，无法正常测温；酒精的熔点是，高于酒精的熔点，酒精仍为液态，可正常发挥测温作用，因此应选择酒精温度计。 8．下表是小明探究“某种物质的凝固特点”时记录的实验数据。（在标准大气压下） 时间/min 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 温度/℃ 70 64 59 54 48 52 48 48 时间/min 4 4.5 5 5.5 6 … 19.5 20 温度/℃ 48 48 47 45 43 … 21 21 （1）分析表中数据可知：第________min时的数据有明显错误，实验时的室温是________℃。 （2）该物质在第4 min时的状态是________态，它是________（选填“晶体”或“非晶体”），在凝固过程中________（选填“吸收”或“放出”）热量，温度________（选填“升高”“降低”或“不变”）。 （3）课后小明又进行了以下探究：如图所示，在容器A内装水，在容器B内装盐水，一段时间后发现容器A内有冰出现，由此可以判断原来容器B内盐水的温度________（选填“高于”“等于”或“低于”）0 ℃。 【答案】（1）2 21；（2）固液共存 晶体 放出 不变；（3）低于 【解析】（1）从表格中可以得出，在1.5min时的温度是54℃，2min的时候是48℃，2.5min的时候是52℃，因此第2min时的数据有明显错误；最后温度一直稳定到21℃，所以室温为21℃。 （2）从3min到4.5min温度一直稳定在48℃，因此第4min时的状态为固液共存状态，由于物质从3min到4.5min温度保持不变，所以该物质是晶体；物质在凝固的过程中，放出热量，温度不变。 （3）容器A里是水，水凝固成冰需要温度达到0℃且继续放热。 A 中的水能结冰，说明A内水温降到0℃还能持续向外放热。 热量只能从高温物体传给低温物体，说明B 中盐水温度比0℃更低，水才能向盐水放热凝固成冰。 9．小刚选择蜂蜡和海波探究“不同物质在熔化过程中温度的变化是否相同”，设计的实验装置如图甲所示。 （1）如图甲所示，在组装实验器材时，应按照___________（选填“自下而上”或“自上而下”）的顺序安装。将装有蜂蜡、海波的试管分别放在盛水的烧杯内加热，而不是直接用酒精灯加热，是为了使试管内的物质___________； （2）将温度计正确插入海波中，温度计示数如图乙所示，正确读数是从_______（“A”、“B”或“C”）视角去观察； （3）图丙所示是小刚绘制的海波熔化图像，图中段表示海波的熔化过程，此过程中海波吸收热量，温度_______（选填“升高”“降低”或“不变”）；加热到第11min时，物质的状态为_______（选填“液态”“固态”或“固液共存”）。 【答案】（1）自下而上 受热均匀；（2）B；（3）不变 固液共存 【解析】（1）实验中需要使用酒精灯的外焰加热，且温度计的玻璃泡要充分的与被测物质接触，不接触容器壁和容器底，因此组装器材时应按照自下而上的顺序安装。 本实验采用水浴加热，将装有蜂蜡、海波的试管分别放在盛水的烧杯内加热，可以使被加热物质均匀受热。 （2）温度计读数时，视线要与液柱相平，不能俯视或仰视，故选B。 （3）图丙中BC段海波的温度保持不变；加热到第11min时，海波处于熔化过程中，所以状态为固液共存态。 10．如图所示是海波和蜂蜡熔化时温度随时间变化的图像，则以下说法正确的是( ) A．甲在第6min时是固态    B．甲在ab段不需要吸热 C．甲是海波，乙是蜂蜡    D．甲和乙熔化过程所用的时间相同 拓展设问 【科学论证】镓是制造芯片的关键材料，有网友说金属镓放在手心里会熔化，如图是镓的温度随时间变化的图像，请你根据图像的信息判断网友的说法是______（选填“正确”或“错误”）的，理由是____________。 【答案】 C 正确 见解析 【解析】[1]A．甲是晶体有固定的熔点，且熔点是48℃，从第4min开始熔化，到8min熔化完成，在第6min时处于熔化过程，处于固液共存状态，故A错误； B．甲在ab段处于熔化过程，此时继续吸热，温度不变，但内能增加，故B错误； C．甲有固定的熔化温度，是晶体，海波是晶体，故甲对应的是海波，乙没有固定的熔点，是非晶体，蜡烛是非晶体，故乙对应的是烛蜡，故C正确； D．甲是晶体，乙是非晶体，无法比较熔化的时间，故D错误。 故选C。 [2][3]由图可知，镓的熔点是30℃，人手心的温度约为36℃，把镓放在手心里时，镓的温度到达熔点且持续吸收热量，镓发生熔化，网友的说法是正确的。 板 书 设 计 4.3 熔化和凝固 一、基本概念 熔化：固态 → 液态，吸热；凝固：液态 → 固态，放热；实验方法：水浴法（受热均匀） 二、晶体与非晶体 晶体（海波、冰、金属） 有固定熔点（凝固点）。熔化：固液共存，吸热，温度不变；凝固：固液共存，放热，温度不变；同种晶体：熔点 = 凝固点。 非晶体（石蜡、松香、玻璃） 无固定熔点。熔化：逐渐软化，吸热，温度持续升高；凝固：逐渐硬化，放热，温度持续下降。 三、生活应用 熔化吸热：化雪冷；凝固放热：菜窖放水防冻。 课 堂 小 结 作业布置 1. 基础作业：完成课后同步练习； 2. 实践作业：观察并记录生活中 3 个熔化现象和 3 个凝固现象，分别说明其成因； 3. 拓展任务：查阅资料，了解我国古代青铜冶炼的技术原理，撰写一段科普短文。| 记录作业内容，课后完成书面练习与实践探究任务。 教学反思 亮点：本节课以古代冶金的文化情境引入，兼具人文性与趣味性，快速激发学生的探究兴趣与文化自信；按照 “概念 — 实验探究 — 对比归纳 — 生活应用” 的逻辑层层递进，以海波、石蜡的对比实验为核心，让学生经历完整的科学探究过程，培养了实验操作、数据记录、图像分析与规律归纳能力；通过图像分段分析、晶体非晶体对比表格，突破了熔化温度不变、图像水平段等重点难点；融入传统文化、生活应用与科学方法教育，充分体现了物理学科的育人价值。 不足：部分学生对 “固液共存态” 的本质理解不深入，容易认为熔化过程中物质全部变成液态；实验中部分小组的搅拌、温度记录操作不规范，图像绘制存在误差；对熔点与气压的关系拓展不足，学生对生活中的熔点应用理解不够深入。 改进：增加晶体熔化过程的微观动画演示，直观展示固液共存的分子排列，深化本质理解；实验前增加操作示范，明确搅拌、读数的关键要点，实验中加强巡回指导；补充熔点与气压的关系、不同金属熔点的应用实例，提升学生的知识迁移与应用能力。 学科网（北京）股份有限公司2/2 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