空氣的熱脹冷縮的現(xiàn)象觀察與學(xué)習(xí)

王賽男

摘要：科學(xué)知識與生活生產(chǎn)實踐契合性很強，即科學(xué)指導(dǎo)實踐。熱脹冷縮現(xiàn)象是一項基礎(chǔ)的物理知識，如果只是機械的理解定義，未免過于抽象。如何通過深入簡出的方法去理解物理知識，使其成為我們生產(chǎn)實踐活動的工具，則是本文重點探討問題。

關(guān)鍵詞：熱脹冷縮;粒子振蕩;實驗構(gòu)造方法

一、引言

烈熱炎炎時候，馬路基面偶爾會發(fā)生向上拱起的現(xiàn)象;

買來的罐頭為什么總是很難打開？

水銀溫度計為什么隨著溫度的上升爬升？

以上的現(xiàn)象，對大家來說并不會感到陌生，但這是什么原理？具有一定科學(xué)基礎(chǔ)的人，知道上述現(xiàn)象是物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)造成的，那什么又是物質(zhì)的熱脹冷縮？

二、原理基本闡述

熱脹冷縮是一項物質(zhì)基本的性質(zhì)，在一般情況下，物體形態(tài)無論是氣體、固體還是液體都會在受冷的情況下都會產(chǎn)生收縮，而在遇熱情況下會產(chǎn)生膨脹。進一步剖析這項基本性質(zhì)的原理是：物體內(nèi)粒子運動會隨著溫度的變化而變化，當(dāng)溫度上升時候，粒子的振動幅度增大，反之減少。

基本的原理闡述，往往顯得抽象，不能夠很好代入日常生活，幫助我們進一步掌握這項原理。由于熱脹冷縮性質(zhì)，是最基本一項基本科學(xué)知識，在教科版五年級下冊《科學(xué)》第二章闡述相關(guān)的內(nèi)容，分別研究了物質(zhì)的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的熱脹冷縮現(xiàn)象。

往往看的到摸得到物質(zhì)的形變也更直觀，其熱脹冷縮的感受也更加形象，那氣體呢？以空氣為例，空氣看不到、摸不到，因此觀察空氣熱脹冷縮則是了解熱脹冷縮性質(zhì)的難點。

三、空氣的熱脹冷縮

（一）生活中的空氣熱脹冷縮

冬天打足氣的籃球很容易第二天就癟了，是為什么？冬天用暖水瓶，倒水后把瓶塞塞回去，為什么有時候塞子為什么會跳起來？弄癟了的乒乓球，用開水燙會鼓起來，這是為什么？

答案都是空氣的熱脹冷縮。

（二）觀察與學(xué)習(xí)

空氣是看不見的，怎樣借助其他物體的變化間接地觀察到空氣體積的變化，是觀察方法設(shè)計的難點，為了幫助我們研究觀察學(xué)習(xí)空氣的熱脹冷縮現(xiàn)象，下面我們主要通過還原背景（生活化聯(lián)系）+還原思維（思維可視化）觀察學(xué)習(xí)方法，去了解現(xiàn)象后本質(zhì)問題。進而掌握兩個個知識點：

1、知道空氣具有熱脹冷縮的性質(zhì);

2、熱脹冷縮現(xiàn)象與物體內(nèi)部粒子運動有關(guān)。

（三）、實驗構(gòu)造

構(gòu)造實驗，不僅使學(xué)習(xí)更加直觀，也讓我們在學(xué)習(xí)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自主探究、合作交流。對促進自身的知識、能力、情感態(tài)度與價值觀的發(fā)展有重要意義。

1、導(dǎo)入演示實驗-----還原背景，引發(fā)好奇心。

材料準備：空瓶、雞蛋（剝了殼）、水。

實驗步驟：（1）.空瓶裝雞蛋裝不進去;

（2）.空瓶裝滿熱水，靜置少許;

（3）.放入雞蛋;

實驗結(jié)果：雞蛋放入瓶內(nèi)。

實驗結(jié)論：因為瓶身水加熱瓶身內(nèi)空氣，使得瓶身發(fā)生了一定程度膨脹，即發(fā)生了空氣熱脹冷縮導(dǎo)致瓶體發(fā)生了形變，瓶口擴大，雞蛋掉入瓶體。

2、設(shè)計實驗------還原思維，進一步觀察了解現(xiàn)象背后原理

（1）還原思維

A.首先確定了，空氣是具有熱脹冷縮這一性質(zhì)的，那如何將這一思維可視化，就要設(shè)計一組對比實驗進行說明。

B.設(shè)計對比實驗，證明空氣：熱脹、冷縮、溫度不變化空氣保持不變的特性。

C.設(shè)計本組實驗時候，要注意問題：如何讓收集到的空氣受熱、受冷呢？怎樣才能清楚地看出空氣體積的變化呢？

D.根據(jù)上述要求，確定實驗材料、實施實驗、觀察實驗、記錄實驗結(jié)果。

（2）具體實驗

A.材料準備：圓柱形敞口量杯、錐形瓶、氣球、水、電水壺、冰塊。

B.實驗步驟：

第一步：將氣球口套入錐形瓶口，要求：氣球口緊繃在錐形瓶口上;

第二步：將錐形瓶放入圓柱形敞口量杯中;根據(jù)上述所述的第二步，將圓柱形敞口量杯倒入一定量的水加冰塊;圓柱形敞口量杯水溫自然隨著冰塊融化減低，觀察氣球變化，記錄結(jié)果。根據(jù)上述所述的第二步，將部分水放入電水壺中，加熱，再倒入圓柱形敞口量杯中，觀察氣球的變化，記錄結(jié)果。根據(jù)上述所述的第二步，將常溫水放入圓柱形敞口量杯中，觀察氣球的變化。

C.記錄實驗數(shù)據(jù)：

數(shù)據(jù)1，溫度降低后，氣球變癟了，結(jié)論為氣球及錐形瓶中空氣發(fā)生了收縮;

數(shù)據(jù)2，溫度降升高，氣球變鼓起，結(jié)論為氣球及錐形瓶中空氣發(fā)生了膨脹;

數(shù)據(jù)3，溫度不變，氣球未發(fā)生改變，結(jié)論為氣球及錐形瓶中空氣未發(fā)生變化。

D.實驗結(jié)論：空氣具有熱脹冷縮的特性。

（四）、回歸科學(xué)的本質(zhì)

空氣的熱脹冷縮 ——溫度變了怎么會引起物體體積發(fā)生變化呢？

為了使得這一概念更加具象化，我們可以通過一個小游戲，將微觀世界放大至普通三維世界，更好的去理解這一原理。

需要兩組學(xué)生，A組學(xué)生為氣球?qū)樱掷郑纬砷]合氣球?qū)?B組學(xué)生為氣球中的空氣，具體的每個學(xué)生為氣球內(nèi)的一個空氣粒子;所述的B組學(xué)生每人以50cm半徑活動，A組學(xué)生緊緊包圍，觀察所述氣球的大小形態(tài);所述的B組學(xué)生每人以150cm半徑活動半徑活動（即表現(xiàn)為溫度升高后，活動振幅加劇），A組學(xué)生緊緊包圍，觀察所述氣球的大小形態(tài)。觀察所述第四步，可以得出當(dāng)物體內(nèi)粒子振幅加劇時候，氣球形態(tài)就會變大，即我們所述的空氣熱脹冷縮原理。

通過游戲模擬微觀世界變化，把抽象的運動用直觀的“模型”表達出來。在游戲中，注重讓學(xué)習(xí)者體會“粒子”的運動、“粒子”的距離、和圈的大小、這三者之間的關(guān)系，體會、理解其中的含義，從而使學(xué)生的認知水平逐步從具體向抽象過渡，從感性思維上升到理性思維。加強對空氣熱脹冷縮的本質(zhì)的理解。

（五）、總結(jié)

空氣的熱脹冷縮現(xiàn)象在我們生活中無處不在，知道其然還知其所以然，會為我們生活解決很多問題，生活中很多現(xiàn)象都與我們學(xué)習(xí)的科學(xué)緊密聯(lián)系，只要我們細心觀察，能增長很多的科學(xué)知識，而掌握科學(xué)知識又能幫我們更好的生活。

參考文獻：

[1]《科學(xué)》（教科版五年級下冊），第二章;

[2]《物體為何會熱脹冷縮》 [J]. 相鳳華. ?物理通報;

[3]《用氣球做“瓶吞蛋”實驗效果明顯》[J]. 曹敏，趙國源. ?湖北中小學(xué)實驗室. 1998（05）;

[4]《氣體熱脹冷縮實驗的改進》[J]. 彭萍. ?小學(xué)教學(xué)研究. 2001（07）。

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