定位臨界點，化抽象為具體

陳振惠

摘 要：滬教版九年級化學(xué)上冊教材中涉及壓強(qiáng)差的內(nèi)容很多，學(xué)生分析裝置內(nèi)外壓強(qiáng)差時有困難，究其原因是壓強(qiáng)差分析起來有點抽象，學(xué)生解決問題沒有抓手，本節(jié)“內(nèi)外壓強(qiáng)差”的專題課，通過定位臨界點，化抽象為具體，幫助學(xué)生找到方法，解決問題。

關(guān)鍵詞：內(nèi)外壓強(qiáng)差; 臨界點; 抽象; 具體

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2021）4-015-002

一、課題的由來

2014年上海中考46題考查裝置氣密性的檢查，簡單裝置氣密性的檢查通常用手握加熱法，但這道題反其道，考查的是常溫下將裝置中的導(dǎo)管伸入水中，考察導(dǎo)管中液面的進(jìn)入情況，學(xué)生的錯誤率極高，這道題涉及裝置內(nèi)外壓強(qiáng)差的分析，有點抽象，學(xué)生無從下手。其實在滬教版九年級上冊教材中，壓強(qiáng)差的應(yīng)用和分析遍布許多知識點中，如啟普發(fā)生器的工作原理、“噴泉”實驗、倒吸和防倒吸等，但課程標(biāo)準(zhǔn)中沒有對壓強(qiáng)差有具體要求，平時授課也只是就裝置而言，壓強(qiáng)本來也是個難點，有點抽象，學(xué)生理解起來困難，鑒于此，筆者仔細(xì)研究這些裝置，找到一個化抽象為具體的解決辦法，設(shè)計了這節(jié)課。

二、教學(xué)目標(biāo)

2.1知識與技能

2.1.1了解裝置氣密性的檢驗方法及正確分析因裝置內(nèi)外壓強(qiáng)差而產(chǎn)生的現(xiàn)象。

2.1.2知道物理變化和化學(xué)變化均能引起裝置內(nèi)外壓強(qiáng)差，通過確定和分析臨界點，具體分析裝置內(nèi)外壓強(qiáng)的變化。

2.2過程與方法

分析簡單裝置氣密性檢驗時產(chǎn)生的現(xiàn)象，了解產(chǎn)生現(xiàn)象的原因是裝置內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差，分析壓強(qiáng)差時，先確定臨界點，再具體量化地分析內(nèi)外壓強(qiáng)差的大小，歸納成具體解決問題的好辦法。

2.3情感態(tài)度與價值觀

2.3.1感悟以簡單實驗探索一類題解決辦法的形成思路。

2.3.2感知壓強(qiáng)差在生活中的應(yīng)用，認(rèn)識到生活中處處存在壓強(qiáng)差，正確使用壓強(qiáng)差為人類造福的意識。

三、教學(xué)流程

3.1環(huán)節(jié)一

引入：簡單裝置氣密性的檢查

提問：如何檢驗這套裝置的氣密性？

學(xué)生演示：手握法、加熱法。

現(xiàn)象：導(dǎo)管口有氣泡冒出。

結(jié)論：裝置氣密性良好。

提問：為什么裝置氣密性好，導(dǎo)管口就有氣泡冒出？

學(xué)生分析：裝置氣密性良好，手握試管時，試管內(nèi)的氣體受熱膨脹，壓強(qiáng)變大，產(chǎn)生內(nèi)外壓強(qiáng)差，氣體順著導(dǎo)管從管口冒出。

提問：那放開手會如何？為什么？

學(xué)生分析：水倒吸入導(dǎo)管。因為手放開時，溫度降低，試管中的氣體冒出，氣體減少，壓強(qiáng)減小，大氣壓將液體壓入導(dǎo)管。

總結(jié)：通過分析發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)生內(nèi)外壓強(qiáng)差的前提是密閉體系。

設(shè)計意圖：一節(jié)課的引入很重要，應(yīng)順應(yīng)學(xué)生的心路歷程[1]，由熟悉的情景恰當(dāng)?shù)匾?，通過學(xué)生自己的分析，得出相應(yīng)的結(jié)論。

對比：裝有長頸漏斗的裝置（圖1）的氣密性如何檢查？手握法？

學(xué)生分析：不能，會漏氣，裝置不是密閉體系。

提問：那如何檢驗？

學(xué)生演示：關(guān)閉止水夾，向長頸漏斗中注入水，漏斗中形成一段穩(wěn)定的水柱，說明氣密性良好。

提問：為什么會形成穩(wěn)定的水柱？

學(xué)生分析：裝置氣密性良好，裝置內(nèi)氣壓大于外界大氣壓，水流不下去。

設(shè)計意圖：這套裝置學(xué)生也不陌生，講解新課時都詳細(xì)解釋過，但學(xué)生復(fù)述原因只是抽象想象，沒有形成具體的解決辦法。教師以這套裝置為例，帶著學(xué)生一起通過定位裝置的臨界點，具體分析內(nèi)外壓強(qiáng)差，用量化的方法來解題。

3.2環(huán)節(jié)二

分析裝置內(nèi)外壓強(qiáng)差：確定內(nèi)外壓強(qiáng)差的臨界點以圖1為例：

3.2.1臨界點：長頸漏斗下端口。

3.2.2內(nèi)部：錐形瓶內(nèi)氣體和液體。

3.2.3外部：長頸漏斗內(nèi)液體及大氣。

此時裝置穩(wěn)定P內(nèi)=P外，所以P氣內(nèi)+P液內(nèi)= P氣外+P液外。

因為錐形瓶內(nèi)液面低于長頸漏斗中液面，得出P液內(nèi)

所以P氣內(nèi)>P氣外，瓶內(nèi)氣體為壓縮空氣。

可得液高氣短，即液柱高的一方氣壓小;液低氣長，即液柱低的一方氣壓大。

設(shè)計意圖：詳細(xì)得出解題步驟：先確定臨界點，再從液體和氣體兩方面分析內(nèi)部和外部的壓強(qiáng)，雖然沒有數(shù)據(jù)，但是可以直觀地比較壓強(qiáng)的大小，總結(jié)出“液高氣短”“液低氣長”的思想，期望學(xué)生能夠按照這個思路解決問題。

3.3環(huán)節(jié)三

分析噴泉實驗

PPT：噴泉實驗裝置（圖2）

演示實驗：噴泉實驗

倒掛的圓底燒瓶a充滿CO2氣體，滴管b中充滿濃NaOH溶液，燒杯c中為滴加酚酞的水，f為橡膠管上的止水夾。

學(xué)生分析：臨界點：伸入燒杯中的導(dǎo)管口

內(nèi)部：倒掛燒瓶、導(dǎo)管及滴管

外部：導(dǎo)管口以外部分（包括燒杯內(nèi)部和大氣）

反應(yīng)未開始時，導(dǎo)管口的液面和2014年中考46題A選項類似，即“液低氣長”。將滴管b中的濃NaOH溶液擠入燒瓶后，CO2氣體被NaOH溶液吸收，迅速削弱了內(nèi)部的“氣長”。

反應(yīng)開始，噴泉形成，內(nèi)部液面升高，很快反轉(zhuǎn)成內(nèi)部“液高氣短”，直至液面高過半球（如果CO2是純凈的，內(nèi)部除水汽外接近真空，內(nèi)部幾乎全靠高液柱與外部大氣壓抗衡）。

過渡：“噴泉”現(xiàn)象其實就是液體被迅速“倒吸”的表現(xiàn)。如果要防倒吸，怎么辦？下列哪些圖片是“倒吸”？哪些是“防倒吸”？

學(xué)生：圖3是“倒吸”，圖4和圖5是“防倒吸”。“防倒吸”是在導(dǎo)管口上方增接一個“大肚”容器即可實現(xiàn)，液體在“大肚”內(nèi)聚集后因為重力而下落。

設(shè)計意圖：首先，“噴泉實驗”引起學(xué)生極大的興趣，其次，分析“噴泉”裝置，鞏固前面總結(jié)的方法，再者，由“噴泉”現(xiàn)象引出“倒吸”和“防倒吸”，以此了解“倒吸”和“防倒吸”的原理，正確應(yīng)用“倒吸”和“防倒吸”。

提問：如何分析啟普發(fā)生器工作原理中存在的“液高氣短”“液低氣長”？

3.4環(huán)節(jié)四 分析啟普發(fā)生器

PPT：

學(xué)生分析：圖6 臨界點：漏斗下端口

內(nèi)部：漏斗

外部：球形連半球形容器

打開活塞，內(nèi)外相通，敞開體系，不能形成內(nèi)外壓強(qiáng)差。注入的鹽酸與大理石接觸，迅速產(chǎn)生大量CO2，產(chǎn)生的氣體可以通過活塞被收集。

關(guān)閉活塞，CO2還在產(chǎn)生且未收集，球形連半球形容器中的氣壓迅速加大，將外部的鹽酸液面壓低，直至脫離大理石，加劇了外部的“液低氣長”，漏斗內(nèi)液面上升，即“液高氣短”。簡易啟普發(fā)生器的分析也是如此。

設(shè)計意圖：啟普發(fā)生器及簡易啟普發(fā)生器是初中化學(xué)學(xué)習(xí)氣體制取的重要儀器，教參明確規(guī)定：理解啟普發(fā)生器的工作原理，設(shè)計可替代啟普發(fā)生器的簡易裝置，并通過實驗加以驗證[2]，這就要求學(xué)生能系統(tǒng)的掌握有關(guān)啟普發(fā)生器的相關(guān)知識，真正懂得工作原理，而工作原理就是裝置產(chǎn)生了內(nèi)外壓強(qiáng)差，通過重新分析啟普發(fā)生器和簡易啟普發(fā)生器，達(dá)到鞏固解題方法和強(qiáng)化理解工作原理的目的。

3.5環(huán)節(jié)五 壓強(qiáng)差在生活中的應(yīng)用。

四、教學(xué)反思

4.1實驗引入，明確直觀

本節(jié)課多次修改，引入部分從最初的輸液袋改為簡單裝置氣密性的檢驗，修改后順暢很多，學(xué)生也容易接受和理解，更容易引出課題。

4.2化抽象為具體

簡單裝置氣密性的檢查，是學(xué)生進(jìn)入九年級學(xué)習(xí)化學(xué)時就需要掌握的操作技能，結(jié)合演示實驗，學(xué)生很容易理解產(chǎn)生現(xiàn)象的本質(zhì)，但稍微改變條件，學(xué)生就不能解答，這時可以通過簡單量化的方法，將抽象問題具體化。

4.3實驗歸類，概括本質(zhì)

滬教版九年級上冊的內(nèi)容中涉及壓強(qiáng)差知識的內(nèi)容有許多，如啟普發(fā)生器工作原理、噴泉實驗、倒吸現(xiàn)象等等，將這些實驗羅列起來，根據(jù)確定臨界點的方法，學(xué)生逐一分析，就能找到共性，還可以在分析過程中總結(jié)出“液高氣短”“液低氣長”解題思想，進(jìn)一步幫助學(xué)生理解，做到舉一反三、觸類旁通，

參考文獻(xiàn)：

[1]唐增富.順應(yīng)學(xué)生的心路歷程，變“引導(dǎo)探究”為“協(xié)助探究”——再談“苯酚”的教學(xué)設(shè)計[J]中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014（19）：22-23

[2]九年義務(wù)教育九年級第一學(xué)期（試用本）化學(xué)教學(xué)參考資料[M]上海：教育出版社，2019：49