活动主题：冷与热

面向年龄段：小学3-4年级

教学目标

1、 知道不同材料的热胀冷缩程度不同、水结冰时体积变大。

探究问题

体积与温度还有哪些奇妙的关系？

学习成果评价

【概念】

层次1：知道一些生活中的热胀冷缩现象。

层次2：知道一些生活中的热胀冷缩现象，知道不同材料的热胀冷缩程度不同。

层次3：知道一些生活中的热胀冷缩现象，知道不同材料的热胀冷缩程度不同、水结冰时体积变大。

教学背景

不同材料的热胀冷缩程度不同。换个说法，它们的热膨胀系数不同，有些物质的这一系数甚至是负值，这表示它们是热缩冷胀的。有些物质的热膨胀系数随温度变化，比如标准大气压下水在4-100℃范围内热膨胀系数为正值，而在0-4℃范围内为负值。有些物质的热膨胀系数很小，这说明它们的体积随温度的变化很微小。人们已经发现和开发出符合特殊需求的热膨胀系数很小的材料，将它们应用于生产生活中，可以避免材料的体积变化造成的损害。

液体温度计也用到不同材料热膨胀系数不同的性质。温度计内液体的热膨胀系数比它周围的玻璃的热膨胀系数大很多。否则，如果玻璃的热膨胀系数也较可观的话，温度计就不能这样设计了。

在我们一般所能达到的温度范围内，冰的密度都是比水小的，水结冰之后体积将增大。

在本活动中，学生将盛满水的烧杯放在冰箱里冷冻。水冻成冰后会明显高出烧杯口，说明水结冰时体积增大。

教学准备

材料：水、烧杯、冰箱

教学过程

【集中话题】

1、 讨论生活中的热胀冷缩现象，认识到热胀冷缩是十分常见的。

  • 前面我们已经发现了水、空气、铜球在温度变化时体积会发生什么变化？我们将这种性质称为什么？

  • 具有热胀冷缩性质的物体多不多？你还知道生活中有哪些热胀冷缩现象？

注意：如果学生说不出来，教师可以举出一些例子，引导学生分析。例如：将被踩扁的乒乓球放在热水中，乒乓球就能复原，这是因为乒乓球中的气体温度升高后体积膨胀；水泥路面上每隔一段会留出一定缝隙（胀缩缝），大多数铁轨也有缝隙，这是为了适应热胀冷缩引起的路面或铁轨变形；液体温度计利用液体热胀冷缩的性质指示温度。

【探索与调查】

1、 以温度计为例，引导学生认识到不同材料的热胀冷缩程度不一样。

  • 我们已经学过，温度计为什么能指示温度？

  • 在温度计上，水银外面的玻璃是否也会热胀冷缩呢？如果当温度升高时玻璃也胀大了，温度计中的水银还会上升吗？（与水银相比，玻璃的热胀冷缩程度很小，所以并不妨碍水银柱在温度升高时变长，温度降低时变短。）

  • 这个例子说明，各种材料的热胀冷缩程度是不是都相同呢？

2、 探究水结冰时体积变大。

（1）讨论水结冰时体积怎样变化。

  • 水在结冰时体积会怎样变化呢？

（2）设计探究水结冰时体积变化的实验。

  • 我们怎样验证水结冰前后的体积变化？

  • 将小烧杯盛满水，放到冰箱的冷冻室里，你预计会发生什么现象？

（3）请学生将自己的预测画在学生活动手册本活动的前测页上。然后将盛满水的小烧杯放到冰箱的冷冻室里冷却。

（4）从冰箱里取出已结冰的水，观察现象，推断水在结冰时体积增大。

1、 巩固本活动的主要概念。

  • 热胀冷缩是不是在所有情况下都适用呢？

注意：应告诉学生除了水结冰这种情况外，有一些材料即使不发生状态变化也是热缩冷胀的。

  • 对于都具有热胀冷缩性质的材料，它们的热胀冷缩程度是不是一样呢？

教学建议

1、 教师还可以举出其他利用不同材料热胀冷缩程度不同这一性质的物品（例如双金属片），通过视频、图片或演示实验等途径更加形象、丰富地说明不同材料的热胀冷缩程度不一样。

2、 讨论水结冰时体积如何变化和设计相应的实验最好在上一个活动的结尾完成。课后，将水放在冰箱中结冰。在这个活动的一开始，将冰箱中结了冰的水拿出来，对照学生的预测，分析水的体积变化。

也可以将水放在封闭玻璃容器中，借助冰将容器撑裂的现象说明水结冰时体积变大。不要使用塑料容器，因为塑料容器很可能不会被撑裂。

公众号：中国科技教育

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