第5节 跨学科实践:探索厨房中的物态变化问题
知识生成·探究
情境创设
在学校举办的艺术节商品街活动中，有同学售卖“干冰可乐”(注意不可直接饮用)。他们将食品级的干冰放入装有常温可乐的杯中，不一会儿，看到杯中可乐里不断地冒出大量气泡，且可乐变得很凉。同时杯壁外侧不断“冒汗”，用纸巾擦拭后过一段时间仍会出现。
(1)可乐为什么会变得很凉？
(2)杯壁外侧为什么会不断地“冒汗”？

(1)将干冰放入装有常温可乐的杯中后，干冰迅速升华吸收大量的热，可乐放出热量温度降低。
(2)空气中的水蒸气遇到冷的杯壁发生液化形成了大量的小水珠，因此杯壁外侧不断“冒汗”。

【分析】
要解决这两个问题，需结合物态变化的相关知识分析：（1）先明确干冰的物态变化类型，干冰是固态二氧化碳，放入常温可乐中会发生升华，升华过程吸热，进而影响可乐的温度；（2）杯壁“冒汗”是水蒸气的物态变化，需考虑杯壁温度与周围空气的关系，水蒸气遇冷会液化形成小水珠。
【解析】
（1）干冰是固态的二氧化碳，将其放入常温可乐中后，干冰会迅速由固态直接变为气态，即发生升华现象，升华过程需要吸收大量的热量，这些热量来自可乐，可乐放出热量后温度降低，因此可乐变得很凉。
（2）杯壁与温度较低的可乐接触，导致杯壁温度低于周围空气的温度，空气中的水蒸气遇到温度较低的杯壁，会由气态变为液态，发生液化现象，形成大量的小水珠附着在杯壁外侧，因此杯壁外侧不断“冒汗”，且持续有空气中的水蒸气接触冷杯壁，所以“冒汗”现象会持续出现。
【答案】
(1)将干冰放入装有常温可乐的杯中后，干冰迅速升华吸收大量的热，可乐放出热量温度降低。
(2)空气中的水蒸气遇到冷的杯壁发生液化形成了大量的小水珠，因此杯壁外侧不断“冒汗”。
【知识点】
升华吸热、液化现象
【点评】
本题结合生活中的“干冰可乐”现象，考察物态变化中升华和液化的知识点，贴近生活实际，引导学生用物理知识解释生活中的常见现象，属于基础的现象解释题，有助于巩固物态变化的相关概念。
【难度系数】
0.7

学习任务一 升华和凝华
| 情境探究|
1.升华现象
| 现象 | 分析 |
| 冬天,室外冰冻的衣服过一段时间会变干 | 衣服上的直接变成了 |
| 实验室中用久了的小泡的钨丝变细了 | 钨丝由态直接变成了钨蒸气 |
| 放在衣橱中的樟脑丸过一段时间会变小 | 樟脑由态直接变成了态 |
2.凝华现象
| 现象 | 原因 |
| 冬天的早晨,草木、瓦石上出现霜 | 空气中的水蒸气遇冷由态直接变成态 |
| 冬天树枝上出现雾凇 | |
| 冬天气温骤降时,在玻璃内侧出现窗花 | |

1.冰 水蒸气 固 固 气
2.气 固

【分析】要解决本题，需先明确升华和凝华的定义：物质从固态直接变为气态的过程叫升华，物质从气态直接变为固态的过程叫凝华。解题时，先确定每个现象中物质的初始状态和最终状态，再对应物态变化类型填空。
【解析】根据升华（固态→气态）和凝华（气态→固态）的定义，逐个分析：
1. 冬天室外冰冻的衣服变干：衣服上的固态冰直接变为气态水蒸气，故依次填“冰”“水蒸气”；
用久的钨丝变细：钨丝由固态直接变为气态钨蒸气，故填“固”；
樟脑丸变小：樟脑由固态直接变为气态，故依次填“固”“气”；
2. 霜的形成：空气中的水蒸气（气态）遇冷直接变为固态小冰晶，故依次填“气”“固”。
【答案】1. 冰、水蒸气；固；固、气 2. 气、固
【知识点】升华、凝华、物态变化
【点评】本题考查升华和凝华的基本概念，属于初中物理物态变化章节的基础题，侧重对核心定义的理解与应用，难度较低，适合巩固基础。
【难度系数】0.6

探究归纳
1.升华:物质从直接变成的过程叫作升华。
2.凝华:物质从直接变成的过程叫作凝华。
学以致用

1.固态 气态
2.气态 固态

【分析】本题考查升华和凝华的基本概念，解题时需明确物态变化中“直接”的含义，即不经过液态中间状态，据此填写对应物态变化前后的物质状态。
【解析】根据升华的定义：物质从固态直接变成气态的过程叫作升华；根据凝华的定义：物质从气态直接变成固态的过程叫作凝华，因此对应空格依次填写即可。
【答案】1.固态 气态；2.气态 固态
【知识点】升华的概念、凝华的概念
【点评】本题是物态变化章节的基础概念题，侧重考查学生对升华和凝华定义的识记，属于简单题。
【难度系数】0.9

例1 哈尔滨市荣膺“2024年冰雪旅游十佳城市”榜首。小南慕名前来游玩，并在湿度较大的早晨看到了美丽的“雾凇”景观。“雾凇”的形成对应的物态变化是 （）

A.凝固
B.凝华
C.汽化
D.液化

B

【分析】要判断雾凇形成对应的物态变化，需先明确雾凇的本质是固态小冰晶，再结合各物态变化的定义，分析其初末状态：物质从气态直接变为固态是凝华，从液态变为固态是凝固，从液态变为气态是汽化，从气态变为液态是液化，据此逐一判断选项。
【解析】逐一分析各选项：
A选项：凝固是物质由液态变为固态的过程，雾凇由气态水蒸气直接形成固态，未经过液态阶段，不符合凝固定义，错误；
B选项：凝华是物质由气态直接变为固态的过程，雾凇是空气中的水蒸气遇冷直接凝华成的固态小冰晶，符合凝华定义，正确；
C选项：汽化是物质由液态变为气态的过程，与雾凇形成无关，错误；
D选项：液化是物质由气态变为液态的过程，雾凇是固态，不符合液化定义，错误。
【答案】B
【知识点】物态变化、凝华
【点评】本题考查自然现象对应的物态变化，核心是区分各物态变化的初末状态，属于初中物理物态变化部分的基础题型，需牢记雾凇、霜等常见自然现象对应的物态变化。
【难度系数】0.5

例2 科学家研发出一种“激光橡皮”，在激光照射下，纸张上的黑色炭粉直接（填物态变化名称）为高温炭蒸气，字迹消失；经过特殊装置冷却处理，高温炭蒸气又直接（填物态变化名称）成炭粉。这样，废纸和炭粉重新得到了利用，可有效地节约资源并保护环境。
【易错警示】升华和凝华是发生在固体和气体之间的物态变化现象，不经过液体。

升华 凝华

【分析】
解题时需先明确物态变化的定义，通过判断物质变化前后的状态来确定对应的物态变化名称。第一步，判断第一个变化：黑色炭粉是固态，高温炭蒸气是气态，且变化过程未经过液态，根据物态变化知识，固态直接变为气态的过程为升华；第二步，判断第二个变化：高温炭蒸气是气态，冷却后变为固态炭粉，变化过程未经过液态，气态直接变为固态的过程为凝华。
【解析】
1. 第一个空：纸张上的黑色炭粉（固态）在激光照射下直接变为高温炭蒸气（气态），物质由固态直接变为气态，属于升华现象，故填“升华”；
2. 第二个空：高温炭蒸气（气态）冷却后直接变为炭粉（固态），物质由气态直接变为固态，属于凝华现象，故填“凝华”。
【答案】
升华 凝华
【知识点】
物态变化、升华、凝华
【点评】
本题考查升华和凝华的概念，核心是判断物质变化前后的状态，明确升华和凝华均不经过液态，属于基础知识点，难度较低。
【难度系数】
0.8

学习任务二 升华吸热，凝华放热
|实验探究|
1.将碘升华管放入盛有热水的烧杯中加热，观察碘的状态变化。

碘颗粒 放在热水中
2.在碘升华管中充满紫色的气体后，将管取出，观察有什么现象发生。

从热水中取出 碘颗粒

|实验|现象|分析|
|1|固态碘①产生紫色的碘蒸气|升华②热|
|2|碘蒸气③成固态的碘附着在管内壁|凝华④热|

①升华 ②吸 ③凝华 ④放

【分析】
要解决这道题，需先明确升华和凝华的定义及吸放热规律：升华是物质从固态直接变为气态的过程，该过程吸热；凝华是物质从气态直接变为固态的过程，该过程放热。结合实验步骤分析：第一步中固态碘在热水中直接变成紫色碘蒸气，符合升华的定义；第二步中碘蒸气直接变成固态碘，符合凝华的定义，再对应吸放热特点即可完成填空。
【解析】
1. 固态碘直接变为气态碘蒸气，属于升华现象，升华过程需要吸收热量，因此①处填“升华”，②处填“吸”；
2. 气态碘蒸气直接变为固态碘，属于凝华现象，凝华过程需要放出热量，因此③处填“凝华”，④处填“放”。
【答案】
①升华 ②吸 ③凝华 ④放
【知识点】
升华与凝华的概念、升华和凝华的吸放热特点
【点评】
本题通过实验探究的形式考查物态变化中升华和凝华的基础知识点，结合实验现象与概念即可解答，侧重对核心概念的识记，难度较低。
【难度系数】
0.8