升華與凝華物理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察升華（固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)）與凝華（氣態(tài)直接變?yōu)楣虘B(tài)）的現(xiàn)象，理解物態(tài)變化的方向與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。2.探究升華的吸熱性與凝華的放熱性，建立“物態(tài)變化伴隨能量轉(zhuǎn)移”的物理認(rèn)知。3.（可選）通過定量測量，計算物質(zhì)的升華熱，提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力。二、實(shí)驗(yàn)原理物質(zhì)的物態(tài)變化由分子熱運(yùn)動的劇烈程度決定：固態(tài)分子吸熱后可直接掙脫束縛成氣態(tài)（升華）；氣態(tài)分子放熱后可直接聚集成固態(tài)（凝華）。以碘（I?）為例：常壓下，碘的熔點(diǎn)約113℃、沸點(diǎn)約184℃。在低于熔點(diǎn)的溫度區(qū)間（如室溫至100℃），碘可通過升華變?yōu)樽仙庹魵猓ū苊馊刍蓴_，需控溫≤100℃）；碘蒸氣遇冷（如低溫試管壁）則凝華為固態(tài)碘顆粒。若開展定量實(shí)驗(yàn)，可利用“熱平衡”原理：固態(tài)物質(zhì)升華吸收的熱量，由環(huán)境（如熱水、冷水）的溫度變化反映，結(jié)合公式\(Q_{\text{升華}}=cm\Deltat\)（\(c\)為環(huán)境物質(zhì)比熱容，\(m\)為環(huán)境物質(zhì)質(zhì)量，\(\Deltat\)為溫度變化），推導(dǎo)升華熱\(\lambda=\frac{Q_{\text{升華}}}{m_{\text{升華物質(zhì)}}}\)。三、實(shí)驗(yàn)器材（一）定性實(shí)驗(yàn)器材帶橡膠塞的硬質(zhì)玻璃試管（容積10~20mL，確保密封性）；碘顆粒（分析純，質(zhì)量2~5g，顆粒均勻）；酒精燈、鐵架臺（帶鐵夾）、石棉網(wǎng)（或水浴裝置：燒杯、熱水、溫度計，推薦水浴控溫）；冷水（冷卻試管）、鑷子（取放試管）。（二）定量實(shí)驗(yàn)器材（可選）電子天平（精度0.01g，測碘的質(zhì)量）；溫度計（精度0.1℃，測水溫變化）；量筒（測水的體積，計算質(zhì)量\(m=\rhoV\)）。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）定性觀察：碘的升華與凝華1.初始狀態(tài)：用鑷子取少量碘顆粒（綠豆大?。┓湃朐嚬埽o橡膠塞，觀察碘的固態(tài)形態(tài)（暗紫色）。2.升華過程：水浴法（推薦）：將試管固定在鐵架臺，浸入盛有熱水（溫度≤90℃）的燒杯中，用溫度計監(jiān)測水溫。觀察到固態(tài)碘減少，試管上部出現(xiàn)紫色碘蒸氣（無液態(tài)碘，說明是升華）。酒精燈法（謹(jǐn)慎操作）：用酒精燈外焰（墊石棉網(wǎng)）緩慢加熱試管底部，保持火焰移動（避免局部過熱）。觀察到紫色蒸氣后，立即移開酒精燈（防止碘熔化）。3.凝華過程：停止加熱，迅速將試管浸入冷水中（或用濕毛巾包裹試管上部），觀察到紫色蒸氣消失，試管內(nèi)壁出現(xiàn)黑色固態(tài)碘顆粒（無液態(tài)碘，說明是凝華）。4.重復(fù)驗(yàn)證：多次加熱-冷卻，觀察碘的“固態(tài)→氣態(tài)→固態(tài)”循環(huán)，確認(rèn)物態(tài)變化的可逆性。（二）定量測量：碘的升華熱（可選）1.準(zhǔn)備工作：電子天平稱取碘的質(zhì)量\(m_{\text{I}_2}\)（約3g），放入試管并密封；量筒量取熱水（溫度\(t_1\)）的體積\(V\)，倒入燒杯，計算水的質(zhì)量\(m_{\text{水}}=\rho_{\text{水}}V\)（\(\rho_{\text{水}}\approx1\,\text{g/cm}^3\)）。2.升華吸熱：將盛碘的試管浸入熱水中，記錄初始水溫\(t_1\)；持續(xù)加熱5~10分鐘（至碘完全升華），記錄最終水溫\(t_2\)。3.數(shù)據(jù)處理：水放出的熱量\(Q_{\text{放}}=c_{\text{水}}m_{\text{水}}(t_1-t_2)\)（\(c_{\text{水}}=4.2\times10^3\,\text{J/(kg·℃)}\)）；碘升華吸收的熱量\(Q_{\text{吸}}\approxQ_{\text{放}}\)，則升華熱\(\lambda=\frac{Q_{\text{吸}}}{m_{\text{I}_2}}\)。五、注意事項(xiàng)1.安全防護(hù)：碘蒸氣有毒，實(shí)驗(yàn)需在通風(fēng)櫥或通風(fēng)處進(jìn)行；加熱時試管口勿朝向他人，防止?fàn)C傷或碘蒸氣泄漏。2.控溫關(guān)鍵：酒精燈加熱需小火均勻并快速移開火焰（防止碘熔化）；水浴加熱時，水溫≤90℃（低于碘的熔點(diǎn)113℃）。3.器材維護(hù)：實(shí)驗(yàn)后，試管內(nèi)的碘可通過再次加熱回收（凝華的碘會重新升華，收集蒸氣后冷卻即可）；橡膠塞若被染色，可用酒精清洗。4.定量精度：電子天平需調(diào)平，溫度計需緊貼水面讀數(shù)；水的體積需準(zhǔn)確測量，減少誤差。六、現(xiàn)象與結(jié)論分析（一）現(xiàn)象記錄實(shí)驗(yàn)階段碘的狀態(tài)變化溫度條件能量變化（吸熱/放熱）---------------------------------------------------------初始固態(tài)室溫-升華固態(tài)→氣態(tài)高溫（≤100℃）吸熱（從熱水/火焰獲能）凝華氣態(tài)→固態(tài)低溫（冷水冷卻）放熱（向冷水釋能）（二）結(jié)論推導(dǎo)1.升華需吸熱（熱水降溫、碘升華，說明碘從環(huán)境吸熱）；凝華需放熱（冷水升溫、碘凝華，說明碘向環(huán)境放熱）。2.物態(tài)變化方向由溫度差決定：環(huán)境溫度高于“升華臨界溫度”時，固態(tài)易升華；環(huán)境溫度低于“凝華臨界溫度”時，氣態(tài)易凝華。3.（定量實(shí)驗(yàn)）碘的升華熱約為\(1.6\times10^5\,\text{J/kg}\)（參考值），若測量值偏差大，需分析熱量損失、溫度測量誤差等。七、拓展與思考1.生活實(shí)例：升華：冬天冰凍的衣服變干（冰的升華）、樟腦丸變小（萘的升華）；凝華：霜的形成（水蒸氣凝華）、燈泡內(nèi)壁變黑（鎢絲的升華與凝華）。2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：用干冰（固態(tài)CO?）替代碘：干冰常溫下直接升華（無液態(tài)），可觀察“白霧”（水蒸氣液化）與“霜”（水蒸氣凝華）。對比實(shí)驗(yàn)：比較碘、萘、冰的升華速率，分析物質(zhì)種類、溫度對升華的影響。3.科學(xué)應(yīng)用：查閱“升華法提純物質(zhì)”的工業(yè)應(yīng)用（如提純碘、萘），思考升華凝華在材料制備中的作用。附錄：常見物質(zhì)的升華/凝華特性（供