第六章质量与密度本节分为三个教学板块：(1)认识质量；(2)测量质量；(3)探究“质量是物体的属性”。以下对之进行分析。

1．认识质量

在学习这部分知识的过程中，学生常出现的问题是：把“物质”与“物体”混为一谈；日常购物时常提到的“重量”与物理学中的“质量”的关系搞不清楚。教学中可以通过列举学生熟悉的几种物体，以及对实物的观察，明确“物质”与“物体”的概念；利用学生已有的“东西有多有少”的知识基础，引入质量的概念。

(1)物体与物质

课堂上让学生思考：课桌是用哪些材料制成的？学生能够回答出课桌是用木材制成的。课桌等是物体，木材等是物质。也就是说：课桌这个物体是由木材这种物质构成的。

(2)引入质量的概念

铁钉和铁锤含有铁这种物质的多少不同，桌子和凳子含有木材这种物质多少不同，塑料桶和塑料杯含有塑料这种物质多少不同，物理学里为了表示这一性质，就引入了质量这个物理量，质量表示物体中含有物质的多少。

质量是物理学中的一个基本概念，它是物体惯性大小的量度，质量又与能量相联系，这些知识将在以后学习。在初中，对质量的概念讲得很浅显，只是说质量表示了物体所含物质的多少，应该明确，这不是质量的定义，教学中不要过分强调。

(3)认识质量的单位

教科书直接给出了质量的单位--千克，并给出相应的克、毫克、吨及换算关系。教科书中图6-1-3对宇宙中一些物体质量尺度的描述，旨在提供一个质量数量级的参照标准，使学生对物体质量的尺度有大致的了解。对物质世界从微观到宏观的质量尺度的了解，有助于学生对 1 千克形成较具体的观念。

讲过质量的单位后，可以告诉学生，日常生活中，我们购买粮、菜、糖、水果等物品时，常说它们的重量是多少克或千克，这里说的重量，实际是质量。因为售货员使用的台秤或杆秤，跟天平一样，属于杠杆类量具，只能测量物体的质量，另外千克和克都是质量的单位，所以说，日常生活中所提到的重量实际上是质量。

3．来自极地的报告

本段以考察报告的形式，警示人类活动对生态环境造成的破坏。教学中，可借助多种教学手段和多种教学资源(含本地资源)帮助学生理解科学技术是双刃剑这一事实，意识到人类必须用科学的态度审视自己的行为，必须依靠科学技术解决人类面临的危机。

可供教学中选择的素材很多，例如以下两个主题：

(1) 水资源危机与节约用水

介绍世界及我国缺水及水污染的现状，提出合理利用和保护水资源的严肃的社会问题，帮助学生养成节约用水的习惯，增强防止污染、保护环境的意识，鼓励学生投身到合理利用和保护水资源的科学活动中去。学生活动可围绕以下素材展开。

? 水污染及水污染的主要原因(有毒物质、污水、石油、热污染、放射性物质等)。

?“水污染防治法”和“水法”。

?“南极科学考察”、“冰川”、“赤潮”等科教片或电视片。

? 节约用水徽标：水是生命之源，珍惜每一滴水是公民的义务和责任。

? 淡水资源和全世界淡水储量。

(2)《人类环境宣言》与可持续发展

人类面临日趋严重的环境问题：人口问题、温室效应、热岛效应、厄尔尼诺现象、臭氧层被破坏、土地荒漠化、酸雨现象、森林的破坏、物种的消失、垃圾泛滥等，要保持人类社会的可持续发展，必须将环境保护推向行动。可着眼于以下素材。

? 《联合国人类环境会议宣言》和《21世纪议程》。

? 国际保护臭氧层日(每年的9月16日)。

? 中国《环境保护法》、《中国21世纪议程》。

教学中建议围绕以下主题组织学生活动。

①　依据对当地水资源(含地下水)状况和利用情况的事先调查，对水资源污染和滥用提出自己的见解，对水资源利用提出合理化建议。题目可以是：从近日水价上涨3倍说起……

②　列举家庭生活中用水途径，举出所有可能的节水方法。

本板块教学的主要目的在于给学生提供自行收集相关资料、自主探究的基础知识和基本方法。因为涉及的知识内容比较广泛，如果试图对每一个主题都进行展开是不切实际的，教学成本也过于高昂。教师可以选择性地向学生介绍以上的一些知识素材，激发学生开展自主探究的热情。介绍过程中教师应该注重这些自然现象或环境问题与物态变化规律之间的联系，使得学生进一步认识到人类在利用物态变化规律促进生产，提高生活质量的同时，也破坏了自然界原本在物态变化规律下形成的和谐，从而增强危机感，提高环保意识与法律意识。

2．物态变化改变着世界

本章章首指出：我们生活在物态变化的世界里。人类对物态变化的认识是从水开始的。本章前三节的主要内容大多也是围绕水的三态及其变化展开的。现在，作为本章的最后一节，教师有必要将物态和物态变化的视界拓展到更广泛的领域，展示人类认识物态变化、利用物态变化规律的辉煌历史。

(1)让学生认识物态变化的历史首先可以介绍材料的发现和利用历史--从青铜器到太空晶体。

教科书为此示例性地展示了青铜器、太空晶体。教学中应组织学生利用身边实例展示作为人类文明的象征的材料的“发现”和利用。

例如：

? 高压锅上的易熔片(可配以实物和投影展示)。

? 家用电冰箱、空调器中的致冷物质从R-12(氟利昂、二氟二氯甲烷)到R134a。

? 保护卫星或火箭的整流罩内部的隔热层和外表面涂层。

? 从铅锌电池、镍镉电池、镍氢电池到硅光电池、锂电池、燃料电池。

? 从石器、铜器、铁器到各种特种异型钢材、记忆合金、纳米材料。

? 人工增雨用到的固态二氧化碳(干冰)或液态氮、碘化银，家庭厨房中的液化石油气、天然气或燃气，医院里的液态氧，用于运载火箭的燃料液态氧和液态氢……

(2)物态变化规律的利用--从蒸汽机到热管。

教科书集中讨论了两个典型例子，蒸汽机和热管。教学中当然不宜涉及技术应用细节，但教师对之应有更多的领悟和感受，以便灵活应用于教学设计。

水沸腾变成蒸汽不仅能提供动力(含蒸汽机和蒸汽轮机)，还为城市的集中供热提供了优越的方式。蒸汽机曾经引发第一次工业革命，蒸汽轮机、燃气轮机至今仍广泛应用于现代社会。

热管在航天技术中的神奇妙用，得赖于它的特殊结构，但其核心的部分应是它对物态变化规律的运用。此外，热管还用于核电站、大型电机和电子系统的散热冷却。值得提及的是，未来全长1142km 的青藏铁路建设中，将面对550km 终年冻结的冻土区，为了达到稳定地基的目的，建设者们将广泛采用通风管路基、碎块石调温路基等冻土工程技术，这些都是物态变化规律的广泛应用。

其实热管的应用远不止于此。热管也并不神秘，学生完全可以自制热管。本部分应将热管作为教学的载体，重点组织学生参与。

教师应在示范的基础上，引导学生设计自己的热管，使学生体验探究的乐趣、艰辛和成功的愉悦。教科书给出的设计题目是用热管设计太阳能热水器，教学中也可改为为大型冷藏库设计热桩；为输油管道、工业和民用建筑、水坝设计热桩；甚至可以设计大热管，高效地提取地球内部的地热，直接用于发电或采暖……只需体现出热管的导热原理即可。

(3)利用物态变化创造现代生活。

本段内容在逻辑上与“材料的发现和利用”、“物态变化规律的利用”是一脉相承的。人类发现、研究、利用物态和物态变化，正是为了创造现代生活。建议将本段内容融于前两部分教学活动中，使之浑然一体，使学生真切体会到，物态变化就在我们身边，物态变化规律的应用改善着人类的生活、医疗、文化，物态变化规律的应用促进着社会的进步和人类文明的发展，进而形成科学的发展观。

1．人类认识物态的历程

(1)19世纪之前，人们还只能根据物质的宏观特征(是否具有一定的体积和形状，是否能流动)来区分物质的状态，那时只知道物质有固、液、气三态。初中讲物态和物态变化，主要涉及这三态和三态间的变化问题。这应该成为本教学板块展开的基础，教师应引领学生理解这种物质分类的方法，并在此基础上讨论人类认识物态的历程。

近代对物态分类更深入到物质内部结构。从物质内部结构去分析，物态和物态变化的种类很多。并且，随着科学技术的进步，人们对物质世界的认识会继续深入，更多的物态会被人们发现和认识。

20世纪以来，人们陆续发现或提出的新的物质状态形式有：等离子态、超固态、液晶态、超导态、超流态、中子态、黑洞等。有时同一物质在某种温度和压力下，几种不同的物态同时存在。例如，水处于密闭的容器中，下面是水，上面是水蒸气，就是液态和气态共存的情形。其他还有固、气两态共存，固、液两态共存，或固、液、气三态共存的情形。

一般来说，任何一种物质，在温度、压强等发生变化时，都可能会呈现不同的物态。研究物态变化对于深入了解物质的结构及性质，对于研制新材料及新物质，都具有很大的现实意义。

(2)依据教科书安排，本板块应重点突出等离子态和液晶态。关于液晶态、液晶显示器的基本原理以及液晶显示技术的应用，教科书已有两段介绍。建议教学中补充介绍等离子态、等离子体以及等离子体在工业、农业、军事上的广泛应用。

事实上，等离子体在宇宙中广泛存在。闪电、极光等是地球上的天然等离子体产生的发光现象。在地球之外，如围绕地球的电离层、太阳和其他恒星、太阳风、很多星际物质，都是等离子体。它是宇宙间物质存在的主要形式。用人工方式也可以产生等离子体，如霓虹灯放电、原子核聚变、用紫外线和 X 射线照射气体，都可以产生等离子体。

利用等离子弧可以进行切割、焊接、喷涂，可以制造多种新颖的光源和显示器。等离子体显示器是继阴极射线管显示器、液晶显示器之后的新一代显示器，它的最大特点是厚度小，显示面积大，用这种显示器制造电视机，可以像画一样挂在墙上。用等离子体技术处理高分子材料，包括塑料和纺织物，既能改变材料的表面性质，又能保留原材料的优异性能，而且无污染。在军事上利用等离子体可规避探测系统，用于飞机等武器装备的隐形等。

以上知识内容，有必要向学生简单介绍。对人类认识物态的历程回顾，不仅可以使学生开阔眼界，增长见识，而且富含过程与方法、情感、态度与价值观多种教育功能。希望教师在占有大量信息资源的基础上，认真组织，深入浅出、通俗易懂地向学生展示魅力无尽的探究历程(课件、图片、录像等教学手段往往是必需的)。

2．气体的液化

与凝固是熔化的相反过程一样，液化是汽化的相反过程。具体教学操作可以着手于以下两个方面。

(1)水蒸气液化成水的现象，学生十分熟悉。冷玻璃窗上的水滴，眼镜片上的“雾气”，烧水时壶嘴喷出的“白雾”，从冰箱中取出的冰镇汽水瓶外壁上的“泪珠”……要注意在教学中调动学生的经验积累，引导他们关注水蒸气液化的细节。例如，冷玻璃窗上的水滴和眼镜片上的雾气出现在哪一面上？水壶嘴喷出的“白雾”紧挨壶嘴吗……这些细节对于学生理解液化和汽化规律大有帮助。

(2)气体液化的历史，尤其是空气液化的历史，是物理学发展的缩影，也是科学·技术·社会协调发展的典型。极低温度的获得，真空技术的提高，热力学第三定律的发现，超导、超流和完全抗磁性的发现，超导电性的唯象和微观理论，高温超导材料的研究……都与气体的液化直接或间接有关。教师应利用各种文本资料，展现人类探索气体液化的艰难历程和美好的前景，概述气体液化的两种途径：降低温度和压缩体积。第 1 节中的人工造“雨”就是通过降低温度使水蒸气液化成“雨”的。教学中还可增加用注射器压缩乙醚蒸气的体积使之液化(反之则汽化)的学生小实验。

所有气体在温度降到足够低时都可以液化，不存在“永久气体”--1908年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯(H.K Onnes，1853－1962)领导的低温实验室使最后一种“永久气体”--氦实现了液化，同时获得了4.2K的低温。

在一定温度(临界温度)下，压缩气体的体积也可以使气体液化。事实上，到了1854年，通过包括法拉第在内等人的工作，除了氢、氧、氮等几种气体外，当时已知的其他气体都能被液化了。早期气体液化大多是通过压缩气体的体积实现的。

本节安排三个教学板块：(1)探究水沸腾的规律；(2)气体的液化；(3)汽化、液化过程中的吸放热。

1．探究水沸腾的规律

本教学板块按照逻辑顺序安排以下几个层次：通过观察，让学生了解汽化的两种方式；实验探究水沸腾的温度与时间的关系；实验探究水沸腾的温度与气压的关系。

(1)“水开了吗？”这是在每个家庭几乎天天都会听到的一句话。“开水不响，响水不开”也许是学生很小就学来的判断水是否“开”了的依据。很多学生拥有丰富的生活经验，但并未认真观察过水沸腾的全过程，并未深入思考过与水沸腾相伴随的气泡、声音、水量、温度等相关特征的变化规律。教师宜按照教科书的提示，利用透明容器构造水沸腾过程的真实情境，激励学生思考以下问题：你看到了什么？你想到了什么？引发并确认实验探究问题。

学生探究的问题，应达成某种共识，例如，探究水沸腾与温度的关系，但也应鼓励附带探究其他问题，诸如沸腾前后的声音变化、气泡变化、沸腾时水量的变化等。这些附带探究的问题，对学生进一步认识沸腾现象和汽化现象、形成对多种现象联系与思考的意识，十分必要。

将汽化的两种方式--蒸发和沸腾进行对比分析显然是必要的。而且，蒸发在物态变化中，尤其在水的循环中的重要作用，要求我们在教学中赋予它应有的地位。

除了在表现特征上对两种汽化方式予以辨析外，还可利用分子动理论的分子运动模型给出初步解释。

影响蒸发快慢的诸种因素：液面面积，环境温度、湿度、气压，周围空气流动快慢等，都应纳入教学视界。或回顾小学《科学》，或组织学生讨论(餐厅洗手间安装的热风干手器就是一个好例子)，甚至组织相应实验探究，应视学生知识和经验基础决定。

本段教学设计应围绕蒸发和沸腾这两种汽化方式的相同点和不同点展开。“为了使洗过的衣服干得快些，可以采用哪些措施？”就是一个适当的导入话题。

(2)迁移探究固体熔化规律的学习经验，在烧水过程中直接观察水的沸腾现象，从而探究发现沸腾的特征和规律，应成为课堂教学中的“转知成识”、“转识成智”的良好契机，同时成为教师引领学生设计实验和进行实验的指南。

教师还应提醒学生：在实验中，要分工合作，做好观察记录(包括水的温度随加热时间变化的记录、水发出的声音、水中的气泡随加热时间变化的相关记录)，更要注意安全，避免烫伤。

(3)在学生得出水沸腾的温度和加热时间的关系曲线后，应及时组织分析论证和交流讨论：

? 该图像与晶体熔化图像有什么相似之处？有什么不同之处(沸点概念得以生成)？

? 沸腾前、沸腾时用酒精灯加热水的作用有什么不同？移开酒精灯，停止加热，水还沸腾吗？

? 水的沸点是100℃吗？如果不是100℃，究竟是实验误差，还是另有原因？

? 沸腾前后，水中气泡变化、声音变化有什么特征？沸腾中减少的水跑到哪去了？

? 水沸腾需要什么条件？这个结论是否可推广到所有液体？为了检验你的判断，你认为是否有必要换用其他液体再做实验？

(4)由水沸腾时的实验数据和水沸腾曲线学生可以认识到水有确定的沸点。鉴于沸点与气压的关系在生产技术和日常生活上的重要应用(压力锅就是一个典型)，引导学生探究水的沸点温度与气压的关系，十分必要。

移开热源，停止对水加热，沸腾则停止，这是学生已经亲历的事实。要探究水沸腾的温度与气压的关系，需在改变气压(增大或减小气压)的前提下，使水重新沸腾，同时测量对应温度。

如何改变液面上方的气压，这是设计实验中的难点和关键。以往利用封闭的烧瓶或烧杯，采用冷水淋浴或用抽气机抽气减压的方法实现“复沸”，要么安全性差，要么设备繁杂，而且推理解释复杂，因而不适于学生探究。改用封闭大试管、用注射器缓慢抽气减压的方法实现“复沸”，不仅效果明显、设备简单、便于解释，而且还可用来进行增压(推进柱塞)“止沸”，为学生完善探究设计提供了可行的选择。的确，要证实水沸腾的温度与气压有关，不仅需要考察气压降低时水的沸点怎样变化，而且需要考察气压升高时水的沸点怎样变化。

学生的设计方案可以有多种，教师应引导学生讨论方案的可行性，使他们在选择中学会选择。此外，考虑到一次性注射器容量有限，怎样才能使封闭试管内的气压改变更明显？在这方面学生的知识准备不足，例如，有关气体体积与压强的关系尚不了解，教师应心中有数。比如，大试管内装水宜少于2/3容积，双孔塞密封要好；水温接近沸点时改变气压效果明显(考察“复沸”现象时，应在停止沸腾后立即着手进行，水温大致在80℃-90℃；考察“止沸”现象时，应在水沸腾的同时继续加热)。一次抽气不成，可否再来一次(考虑使用止水夹)？是快抽柱塞好，还是慢抽好？是快推柱塞好，还是慢推好……所有这些思考，都是指导学生探究的前提条件，显然这比演示实验对教师的要求更高了。