STEM活动教案|温度计里的奥秘

活动主题：冷与热

面向年龄段：小学3-4年级

教学目标

1、 知道水温度升高时体积会膨胀，温度降低时体积会缩小。

2、 理解和完成探究水是否具有热胀冷缩性质的实验。

探究问题

温度计为什么能指示温度？

学习成果评价

【概念】

层次1：认识到温度计中的液体长度随温度变化。

层次2：认识到温度计中的液体具有热胀冷缩的性质。

层次3：认识到水和温度计中的液体一样具有热胀冷缩的性质。

【探究能力】

层次1：能根据使用温度计的经验知道其中液体的长度随温度变化。

层次2：在层次1的基础上理解温度计中的液体具有热胀冷缩的性质。

层次3：在层次1和层次2的基础上理解和完成调查水是否具有热胀冷缩性质的实验。

教学背景

液体具有热胀冷缩的性质。温度计就是利用液体热胀冷缩的性质工作的。并非所有的液体都适于制作温度计。它们必须具有合适的热膨胀系数。常见的液体温度计中的液体有水银、煤油、酒精等。煤油、酒精本身是无色透明的，为了清晰地显示它们的体积变化，在制作温度计时，人们将其染上红色。

实验中，学生在带瓶塞和细管的玻璃瓶中倒入染色的水（例如稀释的红墨水），待细管中的水位稳定后做好标记，再将玻璃瓶先后放在热水和冷水中，观察细管中水位的上升和下降。

教学准备

材料：温度计、带瓶塞和细管的玻璃瓶、热水、冷水、染色的水、烧杯

教学过程

【集中话题】

1、 利用温度计引出“热胀冷缩”。

（1）出示一支水银、煤油或酒精温度计，提问。

• 温度升高的时候，温度计发生什么变化？温度降低的时候又发生什么变化？

• 这个变化的物体是什么？（水银，或煤油、酒精，取决于学生实际使用的温度计）

• 温度升高的时候，水银柱变长了，它的体积发生了什么变化呢？

• 温度降低的时候，水银柱的体积又会发生什么变化？

• 谁能概括水银的这种性质？

（2）告诉学生这种性质可以简称为“热胀冷缩”。

【探索与调查】

1、 设计实验。

（1）提出问题。

• 其他的液体，比如水，有没有这种性质呢？你是怎么知道的？

• 怎样才能知道水是否具有热胀冷缩的性质？

• 我们能不能模仿温度计的结构和使用方法来试一试水是否热胀冷缩？

（2）小组讨论。

（3）全班交流，对学生合适的设计给予肯定，并将学生引导到用教师准备的材料所进行的实验上，完善方案。

• 你打算怎么做？

• 需要哪些材料？用……代替行不行？

• 怎样看出水体积变化了？

• 我们在实验中要观察什么？记录什么？

2、分组实验。学生在带瓶塞和细管的玻璃瓶中倒入染色的水，待细管中的水位稳定后做好标记；再将玻璃瓶先后放在热水和冷水中，观察细管中水位的上升和下降，并做好标记。填写小组记录单。

【回顾与解释】

1、 交流实验现象，得出结论。引导学生分析瓶子里的水温度升高时，体积膨胀变大，结果细管中的水位就上升了；反之，水温下降后，体积缩小，细管中的水位就下降。水也具有热胀冷缩的性质。

• 你们发现了什么现象？

• 什么条件的改变使细管中的水位发生变化？

• 这样的现象说明了什么？

教学建议

1、 宜采用较小的玻璃瓶，这样水量少，效果快，可以明显看到水的热胀冷缩现象。如果用大的容器，如烧瓶，瓶内水升温和降温慢，会耽误时间。细管也一定要足够细，否则体积的变化难以观察。

2、 在实验时，热水温度不宜太高，小瓶放在热水里的时间也不宜过长，观察到细管里水柱上升就可以了。

3、 有时做这个实验会遇到这样的情况：玻璃瓶先发生热膨胀，导致细管中的水位一开始有小幅下降。此时，教师可以告诉学生在后面的课程里就能明白这个问题，然后在本课活动4中讨论完不同材料的热胀冷缩程度不同后再适时进行讨论和解释。当然，教师最好先调整好玻璃瓶、细管的尺寸及水的温度，避免这种现象的发生。

4、 小瓶中气体的热胀冷缩也会成为影响细管中水柱高度的因素，所以应尽量避免气体的存在，否则会使学生的推理变复杂。

教学记录单

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