实验3：保温

 

学习目标：

研究哪些材料的保温性能最好。

实验简介：

学生通过测试不同材料对烧杯中热水的保温效果，研究哪种材料的保温性最佳。水温要按照设定的时间间隔进行测量，以便观察温度的变化。

前期知识准备：

学生应当会使用温度计或者数据记录仪。

科学背景知识：

烧杯中的热水会因为热传导、热对流和热辐射过程而损失热量。热是一种只能单向传递的能量——从热的区域传到冷的区域。在热传导和热对流中，粒子发生碰撞时导致热能从“热”粒子传到“冷”粒子上。在热辐射中，热能以红外线辐射的方式被转移，红外线是一种电磁波。隔热体能阻止或减缓热能的转移，有些材料能防止热传导和热对流过程中的热量损失。这些材料中往往有密封的空气泡，例如聚苯乙烯。空气，尤其是密封的空气泡，是一种很好的隔热体，因为它的粒子间距非常大。其他材料如箔纸，能防止热辐射过程中的热量损失，因为它们能把热量“反射”回热源体。

国家课程对接：

■一年级课程：日常材料

——描述各种日常材料的基本物理属性。

■二年级课程：动物，包括人类

——认识到环境是会发生变化的，有些变化会给生物带来威胁。

■二年级课程：日常材料的使用

——识别并比较各种日常材料的用途及其适用性，包括木头、金属、塑料、玻璃、砖、石、纸和硬纸板等。

■五年级课程：物质的属性和变化

——根据硬度、可溶性、透明度、传导性（导电和导热）、磁性等物理属性，对日常材料进行比较和归类。

所需材料：

■各种测试用的材料，如布料、锡纸、脱脂棉、报纸、棉纸等。

■烧杯。

■温度计或者数据记录仪。

■橡皮筋。

■定时器。

■水。

安全及技术注意事项：

■监督学生使用热水，本实验不需要开水，热水龙头的水就足够了。

■确保烧杯没有被打翻的危险，特别是放入温度计的时候。

■做实验时学生应该站着，如果热水溅出，这样可以降低风险。

实验方法：

教师准备工作：

准备实验用的各种材料，尽量保证它们大小一致。这是一个“公平”测试，所以要鼓励学生思考实验中需要控制的变量。

学生任务：

1. 从老师给的材料中选出一种，把烧杯包裹住，尽量用材料均匀地包住烧杯，用橡皮筋固定。

2. 往烧杯里倒入热水。

3. 测量水温并把结果记录在实验表里。

4. 开始计时，每分钟测量一次水温，连续测5分钟。

5. 用其他材料重复实验。

数据收集：

 

 

差异化实验：

■降低难度：每分钟测量一次水温对有些学生来说可能有点困难，可以用数据记录仪按照设定好的间隔来自动测量和记录水温。

■提高难度：学生可以研究保温材料是否也能让冷的物体保持低温，例如用它们包裹装满冰块的烧杯，并比较两种实验结果。

备选问题：

■哪种材料保温性能最好/最差？你是怎么知道的？

■你认为为什么这些材料是好/差的隔热体？

■哪种衣服通常会设计有良好的隔热功能？

拓展任务：

本实验的结果可以和隔热服的概念相联系，看看这种衣服还需要什么附加功能。例如，脱脂棉是很好的隔热体但它不防水，学生可以想想怎样才能做出一件合适的隔热服。