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五年级下科学教参(热)

发表时间:2015-1-5  浏览次数:6015  
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一、单元概述
人们对热现象本质的认识经历了一个曲折的过程。在19世纪以前,人们认为物体的温度变化是由一种没有质量、无色、无味,可以流入或流出物体的特殊物质——“热质”引起的,物体中的“热质”越多,温度就越高,反之,温度就越低。但是,人们在用这种理论来解释一些热现象,特别是摩擦生热现象时,却遇到了困难。例如,不论在哪种情况下(包括在0℃以下的环境中)将两块冰相互摩擦,最后两块冰都会完全融化,对于这一现象,“热质说”就无法解释,因为它不能回答摩擦使冰融化的过程中热从何而来的问题……到19世纪中叶,人们通过大量实验证明:“热质”是不存在的;热是与能紧密联系的。其他形式的能可以转变为热量,热能也能转变为其他形式的能。现在我们认为,热的本质是大量粒子(分子、原子等)的无规则运动,这种运动越剧烈,由这些粒子所组成的物体或系统就越热。
热是一种能量形式。然而,在小学阶段,让小学生探究“热”,更主要的还是观察和思考一些与物体冷热程度有关的现象一热现象。例如气体、固体和液体三态的转化及与温度的关系、物体的热胀冷缩、摩擦生热及热传递等。
关于热现象,学生们已经有了不少的经验,尤其是在三年级下册“温度和水的变化”单元,学生们观察探究了温度和水的形态变化的关系,他们已经观察到了物质由于温度的变化而产生的显著变化——物体状态的变化。物质的变化,是从渐变到突变的。在这一个单元,我们将继续观察探究物质在热量变化过程中产生的不易察觉的变化,主要是热胀冷缩现象,以及热量转移(传递)的过程。
“热”单元共设计安排了8个活动。
第1课,从关注身边的热源开始,了解人类获得热能的一般途径,了解一些影响热的产生的因素。其中通过“衣服能给身体增加热量吗”的研究,让学生对热源和热传递有一个初步的感知。
第2课,学生开始关注热量的变化对物体的影响了。冷水在逐渐变热的过程中,会发生什么变化?哪些方面产生了变化?通过“水受热上浮原因”的研究,引出“热胀冷缩”现象的观察研究活动。
第3课、第4课和第5课,连续观察一些生活中的热胀冷缩现象。从液体的热胀冷缩到气体、固体的热胀冷缩,学生会体验并感受到身边的很多物体都有热胀冷缩的现象,以及各种热胀冷缩现象的实际应用。
第6课和第7课,开始关注引起物体温度变化的热传递现象。观察中学生会发现,热可以从一个物体传递到另一个物体,并发现这种传递是有方向的。在传热比赛中,学生还会发现不同物体的导热性能是不同的。
第8课,设计保温杯的活动,一方面是对本单元知识的一个综合运用,另一方面也希望学生意识到科学学习的目的是为了改善生活,服务于生活。比如,选择合适材料控制热传递的速度,使得保温杯符合我们生活的需要。
本单元的8个课题活动之间是有着很强的联系的。每课的探究内容或是对前一课提出的问题的解答,或是对前一活动内容的继续深人。这就要求教师在课堂中有效引导,促使学生们在每个探究活动即将结束时,能为下一个的探究提出新的问题,或清理出进一步探究的方向。
二、单元教学目标
科学概念
●热是一种能量的形式,热能够从物体温度较高的一端向温度较低的一端传递,从温度高的物体向温度低的物体传递,直到两者温度相同。
●热可以通过多种方式进行传递,不同物质传递热的本领是不同的。
●物体由冷变热或由热变冷的过程中会发生体积的变化,这可以通过我们的感官感觉到或通过一定的装置和实验被观察到。
●大多的固体、液体和气体都具有受热时体积膨胀,遇冷时体积缩小的性质。
过程与方法
●在观察过程中,发现和提出新的问题,并通过观察、实验,搜寻证据以解决问题。
●改进实验方法,以获得更多、更明显的观察现象。
●根据已有知识,运用推理对现象做出解释。
●尝试自主设计实验,对提出的问题进行自主探究。
●对观察结果选择合适的方法(文字或图示)进行描述和交流。
●尝试用模型解释微观现象。
●学习正确使用酒精灯、温度计等仪器开展观察实验活动。
情感态度价值观
●发展探究热现象的兴趣。
●相信自己的感受,但更愿接受客观事实。
●意识到事物的运动变化是有规律可循的,这种运动变化的规律是可以通过一定的方法被人们所认识的。
●初步意识到事物遵循普遍规律,但也有特殊性。[
 三、分课时教学建议
第1课热起来了
(一)背景和目标
我们生活在季节交替、气候变换的自然界中,冷热现象是人们最早观察和认识的自然现象之一。小学生对冷热现象的关注和探索也是经常和普遍的。比如根据天气的冷热增减衣服;把压瘪了的乒乓球,浸人开水里烫一下,让乒乓球重新鼓起来;喝太烫的开水时会加入一些凉水,等等。这个单元的起始课就从“怎样给身体增加热量”的话题开始,让学生讨论,我们的身体从周围获得热量的途径和方法。
怎么让自己感觉热起来,学生有很多的体验:运动、晒太阳、用电暖器取暖……也包括加穿衣服。对于小学生来说,增减衣服是习以为常的方法。但如果反问一句:“衣服能给身体增加热量吗?”学生们或许会不置可否。这是一个学生不曾思考过的问题,但也是可以去探究的问题。这个单元的第一课就让学生重点展开对“衣服是否能给身体增加热量”的自主探究活动,并由此引发学生探究热及热现象的兴趣。
科学概念
●有多种方法可以产生热。
●加穿衣服会使人体感觉到热,但并不是衣服给人体增加了热量。
过程与方法
●自主设计实验探究衣服是否能为身体增加热量。
●观察、记录、分析实验现象并由此形成合乎逻辑的实验结论。
情感态度价值观
●对热现象产生探究的兴趣。
●尊重客观事实。
(二)教学准备
为每组准备:毛线衣物、棉织衣物;一瓶可加盖密封的热水;温度计。
为全班准备:各类热源图片或演示课件1套。
(三)教科书说明
内容共两页,分为两个部分。
第一部分:怎样给身体增加热量
教科书从我们的生活经验引入。当我们觉得手冷时,两只手用力互相搓一搓,就会感觉热起来,什么原因呢?这是因为两只手互相摩擦产生了热,也就是把机械能转化为热能了。还有什么办法可以使我们的身体热起来呢?答案是多样的,如运动、吃食物、取暖器取暖、晒太阳、烤火、加穿衣服……提取了学生的这些已有经验后,教科书通过“这些方法是怎么使我们的身体热起来的?”这一问题促使学生深入地进行思考。可能学生会这样回答:吃入的食物能给我们提供能量;阳光、火、暖气为我们带来了热量。运动后感觉热起来的原因学生可能说不清,教师可作简单的说明。
加穿衣服让我们感觉热起来的原因是什么呢?这一问题看似简单,但学生们未必思考过。当提出这样的问题后,可能有少数的学生会认为衣服可以给我们增加热量,即衣服能生热,但有一些聪明的学生会认为衣服本身是不会产生热量的,它所能起到的是保温的作用,既可以阻止身体的热量散发出去,又阻挡外面的冷空气进入。到底衣服能不能生热呢?怎样来证明自己的观点呢?活动便自然而然地引入到第二部分。
第二部分:衣服能给身体增加热量吗
当学生对于“加穿衣服让我们热起来的原因是什么”这一问题提出自己不同的看法后,怎样才能证明自己的观点是正确的呢?这一部分教科书是通过两个层面的活动来指导学生对“衣服能给我们增加热量吗”这样的问题进行验证。第一项活动是让学生通过已有生活经验进行思维论证一假设衣服能给我们增加热量是正确的,推测出与事实不相符合的结论,从而推翻假设。假设衣服能给我们增加热量,那衣橱里挂满了衣服,衣橱的温度会不断上升,上升到一定的温度后,衣橱里的衣服就会燃烧起来了。事实上是这样吗?衣橱里挂满了衣服,但没有自燃的现象,这与假设的结果是不一致的,也就是说假设是不成立的。教科书中的思考“晚上,我们钻进被窝,感觉被子是凉的还是热的?早上醒来,被窝里又是什么感觉?晚上再去睡觉的时候,被窝还热吗?这说明了什么?”目的就是启发学生根据已有的经验进行思维论证。
有了前面的思考,教科书通过提出问题“衣服到底能不能给身体带来热?我们能设计一个实验来进行观测吗?”进入到第二项活动——引导学生设计实验来进行验证。怎样设计实验呢?讨论讨论吧。教师要给予学生充足的时间让他们自主地商讨并开展实验。教科书中的照片表现的是用温度计测量折叠的毛衣的温度,测量书本在空气中的温度和包在衣服内一段时间后的温度。这是最直接的实验观察方法。在这幅图的启发下,学生可能还会这样设计实验方案:先用温度计测量一瓶温水,记录水温,再让瓶子穿上毛衣,过几分钟后再测量瓶内的水温,若水温上升了,则说明衣服能生热,反之则不会生热。实验结果恰恰相反,瓶内的水温下降了,说明什么?这说明衣服是不会给我们增加热量的。
通过思维论证,又通过实验验证,学生深切体会到衣服是不能给身体增加热量的。解决了这一问题,新的问题又相继产生了:衣服不能给身体增加热量,我们的身体怎么会感觉热起来呢?被子离开我们身体是不会变热的,那为什么盖上被子,我们的身体会觉得热起来呢?我们感觉到的热是来自哪里呢?他们在弄明白一个问题的同时,产生了许多新的问题,这些新的问题能促进他们主动地思考,主动地探究,这正是我们科学课所追求的目标。
这一课的教学活动内容不多,难度也不大,却让学生经历了“问题——解释——思维论证——实验验证——产生新的问题……”这样一个探究过程,这对学生学会如何从正反两方面对问题和现象进行探究、验证具有重要指导意义。
(四)教学建议
1.过程安排建议。
(1)引入。
●我们的手很冷,怎样用简单的方法让我们的手变暖和?并说说其中的道理。
●冬天我们觉得很冷时,你有什么办法使我们的身体热起来呢?
(2)讨论使我们身体热起来的原因。
●这些方法是怎么使我们的身体热起来的?
运动——血液循环加快
空调、取暖机、太阳、温泉——外界物质给予热量
盖被子、穿衣服——?
(3)研究衣服能否生热的问题。
●学生提出推测。
加穿衣服使我们热起来的原因——衣服能生热
加穿衣服使我们热起来的原因——衣服不能生热,衣服的作用是保温,阻止热量散发,同时阻挡冷气进入。
●思考:早上起床及晚上躺人被窝时,你的被子是凉还是热的呢?这说明什么?
●衣服到底能不能生热呢?我们怎么研究这个问题?
●小组讨论:设计实验方案,验证加穿衣服是否会给身体增加热量。
●交流研究方法。
●实验操作:将衣服叠好里面放人一支温度计,一段时间后看温度计上的读数是不是上升了,等等。
(4)交流新发现。
●通过实验,有什么新发现?你现在是怎么认为的?
●通过实验研究我们有什么新发现吗?
●通过实验研究我们有什么新的想法吗?
●通过实验研究我们有什么新的问题吗?
2.几点说明。
(1)本单元是以“热现象”的观察、发现、解释和假说为主线展开的,所以,在课的引入部分,要以现象的发现和体验为主要途径。课堂上不妨让学生动动身体,体验热起来的感觉。这样可以让学生打开思路,然后开始回忆平时让身体热起来的其他方法。让学生充分地自由地在小组内交流是一个不错的方式,这样可以增加学生发言参与的机会,调动学生更多的知识和经验储备,这对后续的活动都是很有帮助的。教师也可以利用多媒体,给学生看一些图片或录像,让学生更多地感知身边的“热现象”。
(2)研究“衣服能否给身体增加热量”这个问题,对于学生来说是很有趣的事情。首先,我们在天气变冷的时候,很自然地就想到增加衣服,以便御寒。那么穿衣服是不是像“烤火”一样,使身体得到了更多的热量呢?当学生有不同意见时,教师可顺势提出各种疑问,对学生思维的矛盾进行推波助澜。
衣服是否能给我们人体带来热量?我们可以用什么方法来检验?建议让学生先提出实验方案,并进行猜测——可能会发生怎样的结果,不同的结果又能说明什么。这里实验方法的设计、实验前的假设是开展好活动的重要前提。
(3)用我们得到的实验结果来进行解释,这个活动也是很有意义的。既然实验结果证明了衣服本身是不能提供热量的,那么为什么我们多穿衣服还是感觉更热了呢?这个问题,让学生自己先去思考,留着到后面的课堂学习时再解决.
第2课给冷水加热
(一)背景和目标
上一节课学生们探讨了如何给身体增加热量的问题。这节课要让学生在课堂上经历一次给冷水加热的观察活动。这项活动中,关注水在加热过程中的变化是重点,因为这之前,学生们只关注到冷水的温度会升高,而其他的变化被习惯性地忽略了。
这项观察活动设计得有趣并且容易操作,能自然地引向热膨胀现象的观察。
首先让学生在密封的小塑料袋中装一些冷水,浸没在热水里,静静地观察冷水袋有什么变化。学生会观察到什么现象呢?密封水袋会慢慢地从热水底部浮到水面。这个现象将引起学生极大的兴趣,这是怎么回事呢?是什么原因让冷水袋浮到了水面上呢?
教师可以引导学生从物体沉浮的角度去思考,然后在此基础上设计进一步的探究活动。一般学生会认为这袋水在受热过程中变轻了,所以会浮起来,教师可以直接用天平
指导学生进行测量。学生还会考虑到体积的变化上来,教科书设计了一个实验,引导他们从覆盖在灌满水的试管上的气球皮的变化来观察。
如果学生一开始就提出水在变热的过程中体积发生了变化,教师也应和学生一起分析水的重量是否发生了变化,因为物体在水中的沉浮受物体的重量和体积两个因素的共同影响。
科学概念
●水受热以后体积会增大,而重量不变。
过程与方法
●从影响物体在水中沉浮的因素去分析水受热后产生的变化。
●设计实验,观察水受热以后重量和体积是否发生了变化。
情感态度价值观
●乐于发现新的问题,愿意积极探索。
(二)教学准备
为每组准备:可封口的小塑料袋,水槽;热水,冷水;天平,试管;气球皮,剪刀,橡皮筋。
(三)教科书说明
内容有两页,分两个部分。
第一部分:给塑料袋里的冷水加热 这个活动既是前一课的延伸,又是新研究的开始。
教师不要忽视第一个问题:要使一杯冷水变成热水,有哪些方法?这个活动可以让学生用几分钟时间去自主讨论,让学生充分表达自己的想法,这样可以看看学生的原有知识水平。学生会有很多方法,在他们已有的经验中可以很方便地解决这个问题。而教科书设计的方法:把冷水装在密封塑料袋里浸入热水中加热,也是一个简单易操作的方法,同时又是一个可以引出进一步探究活动的方法。它是引发本单元后续一系列活动的“导火索”。 所以,在实际的加热活动中,不仅要观察冷水是否变热了,更要关注冷水除了温度升高了,还有其他变化吗?很显然,过一段时间,水袋会慢慢浮到水面上来。同时,教科书还进一步让学生再观察:“把这一小袋加热了的水放在冷水里,它是沉的还是浮的?”这是引发探究问题的重要现象。如何引导学生提出问题——做出解释(或推测)——设计实验研究是接下来的关键。教科书在这部分通过提示框:1.水在变热的过程中,如果重量发生了变化,它的沉浮也可能发生变化;2.水在变热的过程中,如果体积大小发生了变化,它的沉浮也可能发生变化。启发学生从影响物体沉浮的主要因素:重量和体积大小方面去思考促使水袋上浮的可能原因。这部分,教师可充分让学生发表自己的观点,一方面可以了解学生面对问题会怎样进行思考;另一方面可让学生对他们自己提 出的解释(或推测)有一个辨析的过程。最后把问题聚焦到在水的重量不变的情况下,体积的变化引起了水袋的沉浮,而水的体积变化是由于水的温度变化决定的。
第二部分:研究水受热上浮的原因
通过上部分的交流和讨论,明确了需要探究的问题,接下来是怎样实施探究。教科书通过图示呈现了学生可以采用的实验观察方法。当然也可以让学生设计出他们自己的研究方法。
在用教科书设计的方法观察体积是否发生变化时,一定要在试管装满水。比较好的方法是把整支试管完全浸没在水中,然后在水中用气球皮把试管口蒙住扎紧。如果试管里没有装满水,残留有空气,那么当给试管里的水加热时,里面的空气也受热了。蒙在试管口上的气球皮面向上凸起,是水受热体积增大引起的,还是空气受热体积增大引起的,我们就无法做出判断了。
有些老师可能会说,试管里留些空气,这样实验效果明显。如果要故意借助空气的受热膨胀而使气球皮明显向上凸起,来说明水在变热过程中体积确实增大了,这是“伪科学”,千万做不得!其实,这部分的活动,学生们不能明显地观察到试管里的水受热后体积到底有没有增大,它所产生的教学意义和价值反而更大:一是让学生意识到事物的有些变化是十分微小的,需要仔细的观察才能观察到;二是可以引发进一步的探究活动——“水受热后体积到底会不会增大?我们怎样能比较明显地观察到体积的变化?”这也正是下一节课要重点开展的活动。所以,这一项活动与第3课的“水的体积变化的观察”活动是有联系的,是形成良好结构的两项活动。
(四)教学建议
1.过程安排建议。
(1)引入。
●提出问题:要使一杯冷水变成热水,有哪些方法?
●师生交流。
(2)给塑料袋里的冷水加热。
●在密封的小塑料袋里装满冷水,然后浸入热水盆里。
●仔细观察冷水袋的变化。
●根据看到的现象尝试做出解释。
●小组讨论,谁的解释更有说服力。
●全班交流。
●物体在水中的沉浮和哪些因素有关?
●冷水由沉变浮能不能用物体沉浮的几个因素来进行解释?
●再次对冷水袋上浮的原因做出自己的推测。
(3)研究热水上浮的原因。
●我们怎么去证明我们的推测(或假设)?
●设计方案。
●研究水在变热过程中重量是否发生变化。
●研究水在变热过程中体积是否发生变化。
(4)分析整理。
水在变热过程中哪些方面发生了变化。我们观察到了什么现象?有什么疑问?
2.几点说明。
(1)让冷水变成热水,是学生们在生活中经常遇到,并已经试着去解决过的问题。所以,这个问题的提出,学生们会有很多想法,甚至是一些奇思妙想。而我们的关注重点不在这里,我们希望学生通过给水加热,观察水在变热过程中会发生什么变化。所以,怎样给水加热只是一个引人活动,不宜花太多的时间。
(2)给密封在小塑料袋中的冷水加热,是一个会引起学生惊奇的实验。因为大多数学生都不曾观察到这样的现象。学生的“意外发现”,会成为探究的热点。这个短时间的观察活动很重要,建议教师一定要准备充足的材料,尽可能地让学生近距离去经历这个观察过程,并让学生有充足的时间讨论。教科书的提示框可以引导学生找到解释现象的关键。
(3)这节课有好几项活动,如何合理安排活动,是我们设计者要精心考虑的,不能让太多活动分割课堂的时间,我们要保证活动的整体性,也不能把活动都抛给学生,使学生活动的效率得不到保证
第3课 液体的热胀冷缩
(一)背景和目标
前一节课学生已经发现,冷水在加热过程中体积增大了,本课我们将和学生一起进一步研究“水在受热或受冷后的体积变化”问题。这一活动,不仅仅是为了使学生获得水具有热胀冷缩性质这样的认识,而且要他们通过观察水的热胀冷缩现象,体验到不断改进实验和观察方法的重要性。
水有热胀冷缩的性质,那么其他的液体也有这种性质吗?教师要提醒学生不要急于做出回答。如果要回答这个问题,需要开展相应的观察实验予以证实。当学生对其他液体进行研究之后,是否就可以肯定所有液体都有热胀冷缩的性质了呢?教师还要提醒学生,我们还不能得出这个结论,因为我们只研究了几种液体,只能说明我们研究的这部
分液体有这样的性质。教科书设计的“其他液体是否有热胀冷缩现象”的活动,把学生
们的探究活动向着更广阔的方向拓展,也是对严谨科学态度的培养。
科学概念
●水受热时体积膨胀,受冷时体积缩小,我们把水的体积的这种变化叫做热胀冷缩。
●许多液体受热以后体积会变大,受冷以后体积会缩小。
过程与方法
●改进实验以达到更好的实验效果。
●制作一个简易的观察水的体积变化的装置。
●用科学知识解释生活中的现象(比如瓶装水为什么不装满)。
情感态度价值观
●意识到学习科学知识,要运用到日常的生产和生活中。
(二)教学准备
为每组准备:平底烧瓶,玻璃管,橡皮塞;冷水,热水,温度计。
为全班准备:多种瓶装和盒装的液体。
(三)教科书说明
内容有3页,分两个部分。
第一部分:水的体积变化的观察
活动延续了前一节课的话题,研究直接指向水受热或受冷后的体积变化。学生在前一节课中观察到:水在受热后,试管口的气球皮似乎鼓起来了。那么如果水更热了以后会怎么样呢?教科书中两个孩子的对话,表明了他们观察到的现象和观察中遇到的困难——“这两杯水,哪一杯更热?”“唉,看不出来了,气球皮鼓得差不多。”这个时候学生发现由于实验现象不明显,通过观察气球皮鼓起的状态,不能很准确地判断两杯水的冷热情况,于是学生开始有了寻找其他实验方法或改进当前实验方法的需求。在组织这部分活动的时候,教师要紧紧抓住学生已经有的认识和困惑,引导学生深入思考——“放在杯中的水变热后的体积变化最明显的现象是什么?”学生们会猜测:水面会上升。要能清楚地观察“水”这种特殊的物质受热后的体积变化,我们该怎么办?
教科书引入的是一个平底烧瓶和红水的新装置,让学生针对新的实验装置进行讨论。学生可能会提出:玻璃管内的水不能漏出来、贴标签、画记号、用放大镜,等等。教师可顺势引导并采纳一些可行的建议。在明确了各项实验改进措施之后,教师再请学生猜测:水受热之后可能观察到什么现象?实验时建议教师可给学生们相对长一点的时间,同时要求他们按一定的时间间隔记录细管中水面的高度变化。在之后的观察实验中,学生们会发现:开始水面慢慢上升,然后快速上升,再慢慢上升,后来停止上升,最后慢慢下降。这是一个非常有意义的发现。教学的重点可以放在对所发现现象的描述并尝试着做出解释上。在教学中,教师需要对“膨胀”和“收缩”两个词加以解释,使学生在观察活动中有较准确的语言加以描述。这个实验,不仅仅是观察水受热以后体积的变化,还要观察水受冷以后的体积变化,引导学生认识水热胀冷缩的现象。教科书提供的这个实验简单易操作,建议让尽可能多的学生亲历实验。在此基础上,教科书又安排了一个让学生“依据水的体积变化,推测水的冷热变化”的活动。这项活动将前面的学习成果再次提升,从实验的现象引导学生关注身边温度计的原理。这个设计是水到渠成的一个环节,不仅可以让学生新的认识得到巩固,而且更拓展了学生的思维深度。
第二部分:其他液体也热胀冷缩吗
水有热胀冷缩的性质,那么生活中其他的液体也会有热胀冷缩的性质吗?这样的想法是学生在实验基础上自然生成的。也许学生不一定会提出来,但已经是学生现实基础上的一种成熟的需求。那么怎么引导学生去进行探究呢?教师在这个部分可能需要根据可以提供的材料,有选择性地进行设计:1.对于身边易得、价格低廉的液体,让学生再次经历与“水”一样的探究过程,观察体验其他液体热胀冷缩的性质。2.进行思维探究活动。即让学生通过观察和思考“为什么诸如啤酒瓶或饮料瓶里面的啤酒、饮料都不会装满”等问题,认识到这些液体也有热胀冷缩的性质。
建议教师多准备一些液体供他们选择,如酒精、醋、食油、豆奶和饮料等,在实验之前让学生进行充分的猜测,之后用较多时间放手让学生自主地讨论。这样就可以把学生们的探究活动向着更广阔的方向拓展。在探究活动过程中,要注重对学生进行严谨科学态度的培养。
(四)教学建议
1.过程安排建议。
(1)引入。
●今天,我们继续研究:水在受热或受冷后,体积究竟有没有发生变化,怎样变化?
(2)水受热受冷后体积的变化研究。
●讨论观察实验的方法。
●怎么让现象更明显呢?
●师生交流。
●确定方法。
●小组实验:观察水受热后体积发生的变化;观察水受冷后体积发生的变化。
●观察温度计液柱的变化和水温的关系。
●小组交流、讨论。
(3)讨论其他液体的热胀冷缩。
●提问:其他液体有热胀冷缩性质吗?
●生活中为了防止液体热胀冷缩引起危害,有些什么措施呢?
(4)整理、小结。
●哪些液体会热胀冷缩?
●温度计是根据什么原理设计的?
●还有什么新的问题?
2.几点说明。
(1)怎样能更清楚地观察到水受热后体积的变化,讨论改进实验装置和方法是这节课的一个重点活动。教师需要了解学生的已有经验是什么?学生能够想到的是什么样的装置?把设计的实验建立在学生已有经验上,可以更好地调动学生的参与和思考。教科书中的几句引导语可以引导学生发现更有效的实验方法。
(2)“温度计雏形”的引人是个有意思的活动,建议教师准备一支温度计,在实验的时候将温度计也放入热水或冷水中,学生会发现,液柱在发生变化,受热上升,遇冷下降。这个过程可让学生意识科学课程的学习是与生产、生活紧密联系的。常见的水银温
度计、红水温度计是利用水银或酒精的体积随温度变化特性来测量温度的。如果有条件,可以让学生做一个“简易温度计”。
(3)其他各种液体的热胀冷缩现象观察,建议教师多准备一些材料。让不同的小组用不同的液体进行这个观察活动,然后交流,可以拓宽观察面,或许也更能吸引学生的探究热情。[
第4课空气的热胀冷缩
(一)背景和目标
研究了液体的热胀冷缩之后,这节课让学生开始关注并研究空气的热胀冷缩现象。由于空气是肉眼看不见的,怎样借助其他物体的变化而间接地“观察”到空气体积的变化,是观察方法设计的难点。不过,有了前面液体体积变化观察的经验,学生们在设计
观察方法时会从前面的经验中得到启发并进行迁移。因而,教科书很注重让学生自主思
考、设计观察方法。当然,教科书还是通过观察实验器材及用文字作了提示。观察空气
是否热胀冷缩的方法很多,除了教科书提示的利用气球来观察的方法之外,也可以用L型玻璃管中液柱移动现象来观察空气体积的变化……只要学生们设计的观察方法有利于观察空气的热胀冷缩现象,都可以在课堂上让学生去实践。
观察了空气的热胀冷缩现象,还希望学生能对空气和水的热胀冷缩现象作一比较,进而尝试着对空气和水的热胀冷缩现象做出解释。怎样解释?教科书先让学生们做一个游戏:模拟空气“微粒”的运动,这是个非常值得尝试的活动。这项活动,相信对学生建构“热能”“热运动”“热膨胀”等科学概念会有帮助。因为从物质结构的角度看,膨胀是由于物质中相邻分子(或原子)之间的平均距离增大所造成的。那么怎么让学生去想象物质的这种“微粒运动”呢?通过角色扮演的模拟活动,把一种抽象的运动用直观的“模型”表达出来,学生们或许真能建立起他们自己的关于“热运动”“热膨胀”的认识呢!
科学概念
●气体受热以后体积会胀大,受冷以后体积会缩小。
●热膨胀现象与物体内部微粒的运动有关。
过程与方法
●用多种方法观察空气的热胀冷缩现象。
●用文字或图画进行描述和交流。
●尝试用“模型”解释现象。
情感态度价值观
●对热现象产生更浓的探究兴趣。
(二)教学准备
为每组准备:烧瓶、I.型玻璃管;热水、常温水、冰水;锥形瓶、气球。
(三)教科书说明
内容共3页,分两个部分。
第一部分:观察空气是否热胀冷缩
延续前一课的活动,我们的研究内容从液体转移到了气体——空气是否也具有热胀冷缩的性质?有了液体的研究经验,学生会对空气的热胀冷缩有比较正确的推测。怎么用具体的、可见的实验来验证推测呢?或许可以让学生自主思考开展研究(教科书通过实验装置图进行了研究的提示指导),给学生一个知识和技能迁移的实践机会。
如何从充满周围空间的空气中取出一部分进行研究呢?学生们会提出用一个容器装。有了前面研究水的装置,他们会想到容器的密闭性问题。用于密封的材料可以选用胶带纸、橡皮泥、黄泥球、橡皮塞等。由于空气是看不见的,如何将这一现象变成可观察的?怎样才能观察到容器内的空气膨胀了?可以尽可能地放手让学生大胆设想。常用的几种方法有:A.通过容器的鼓凹来发现。空气总是充满容器的空间,当容器凹时,说明空气体积变小;当容器鼓时,说明空气体积变大。这种方法适用于软塑料瓶、软包装饮料盒及易拉罐。B.借助其他能鼓凹的物体来发现,例如教科书第33、34页插图的提示,可以在烧瓶口上套小气球。C.用红墨水封口的液体热胀冷缩装置,观察烧瓶受热或受冷时红墨水的移动情况。无论学生们想出怎样的方法,只要有条件办到,都不妨让他们去实践一番,以使他们获得更多的直观经验和成功带来的喜悦。
在之后的交流中,除了明确空气也有热胀冷缩的性质,还可以指导学生将空气的这一性质与水相比,讨论两者的热胀冷缩有什么不同的地方?鼓励学生通过比较有新的发现。例如:空气变化得更快、体积变化也比水明显。对学生们的这类发现应给予肯定,给他们充分的机会交流、探讨,这个活动不可忽视。
第二部分:怎样解释热胀冷缩现象
学生在之前的活动中,已经对空气体积的变化有了感性的认识。那么怎么解释空气的热胀冷缩现象?这部分,教科书设计了一个班级游戏活动:将“微观世界”放大,让学生们扮演一个个的空气分子,模拟空气分子的热运动。把一种看不见,摸不着,但又实际存在的现象用一种模拟的方法展示在我们眼前,这是一个很有趣也很有价值的活动。模拟空气“微粒”运动的游戏,是对热胀冷缩现象解释的直观模型,这是一种值得学生学习和运用的解释手段。这个“模型”游戏直观地解释了自然界热胀冷缩的现象,同时也为后续研究固体热胀冷缩现象奠定了基础,是一个比较重要的活动。
(四)教学建议
1.过程安排建议。
(1)引入。
●液体有热胀冷缩的性质,那么空气有这样的性质吗?
●今天,我们一起来研究:空气在受热或受冷后,体积会怎样变化?
(2)空气受热受冷后体积的变化研究。
●讨论观察实验的方法:怎么能清楚地观察到空气的热胀冷缩现象?
●师生交流,确定方法。
●小组活动:观察空气受热后体积发生的变化;观察空气受冷后体积发生的变化。
●小组交流、讨论。
(3)怎么解释热胀冷缩现象。
●温度变了,怎么会引起物体的体积发生变化呢?
●模拟空气“微粒”运动的游戏。
●一起建立我们自己的假说。
2.几点说明。
(1)让学生自己设计一个观察空气热胀冷缩的实验装置还是有一定困难的,所以教师的引导非常重要:我们要看到原本看不到的空气的体积变化,是需要借助于其他物体的。教科书提示框的内容是学生进行交流、讨论的一个平台:如果瓶内的空气体积膨胀,瓶内的空气就会往外挤。只要想办法观察到瓶内的空气在往外跑,我们就知道瓶里的空气在膨胀了。教师可以用较充分的时间让学生自主设计各种可能想到的实验方法。气球、液柱、泡沫塑料球……都是可以一试的材料。
(2)教科书设计观察空气在热水、常温水和冰水中的体积变化,是对热胀冷缩现象的一个重要体验。因为空气的热胀冷缩非常明显,当学生看到气球在热水中鼓起来,而在冷水中迅速回缩,甚至有可能被吸入瓶子内,这个体验将很深刻地留在学生的脑海中。同时也能比较出液体和气体热胀冷缩的区别来。可以准备一些冰块来进行观察实验活动。
(3)模拟“微粒”运动的游戏,我们可以让学生在教室内自由组合,也可以到走廊或者操场上进行。这个活动体验有着多方面的教学意义,指向了对物体热胀冷缩性质的本质解释。学生们只有去实践、体验过了,才能理解其中的意义所在。组织学生尝试一下吧,会有许多收获的。
第5课金属热胀冷缩吗
(一)背景和目标
学生认识了水、空气都具有热胀冷缩的性质后,此时会很自然地想到另一个问题:固体会不会也热胀冷缩呢?教科书选择金属固体物让学生开展这方面的观察研究活动。
第一项活动是观察铜球的热胀冷缩。铜球是个球体,加热后,各个方向上都会产生相同程度的膨胀变化。用铜环可以方便地检测到加热后铜球各个方向上的胀大变化,这有利于让学生认识到物体的膨胀是立体的膨胀。当然生活中有许多物体是条状的或平板状的,它们的热膨胀只是更明显地反映在长度的变化或面积的变化上。
有了铜球立体膨胀现象的认识及观察方法的学习,学生们就可以试着去设计观察其他形状的金属物体热胀冷缩现象的实验了。受铜球观察活动的影响,学生们可能会想到找一个圆形的金属薄片(垫片或游戏币等)来观察研究它是否会热胀冷缩:在一块木板上水平并排钉两颗小钉子,两钉间的距离接近等于金属圆片的直径,让金属圆片平贴着木板下滑,正好能通过两钉间的空隙,然后把金属圆片加热,观察加热后的圆片是否还能同样通过两钉间的空隙。如果不能通过,说明金属圆片加热后膨胀了。当然学生也会比较容易想到教科书第37页设计的活动:找一根金属条,观察加热后长度是否发生变化。
观察过两三种金属的热胀冷缩现象后,可以向学生提出“金属都热胀冷缩吗?”的问题。学生们在第3课“液体的热胀冷缩”一课曾做过类似问题的思考和讨论,相信他们此时不会简单地做出结论。这里再次提出相似问题的思考,一方面是强化学生的意识,仅仅靠一两个事实就下全称定义是不严谨、不科学的;另一方面,这项活动更大的意义在于引导学生关注其他更多金属物体的“热胀冷缩”现象,包括对其他非金属物体的关注。从而认识到“任何现实的事物都是特殊性和普遍性、个性和共性的有机统一。”比如,金属锑和秘是热缩冷胀的,还有水在4℃以下也是热缩冷胀的。
科学概念
●许多固体和液体都有热胀冷缩的性质,气体也有热胀冷缩的性质。
●有些固体和液体在一定条件下是热缩冷胀的。
过程与方法
●设计简单易操作的实验活动,有效地观察金属固体体积变化的现象。
●正确使用酒精灯给物体快速加热。
●对生活中的现象尝试用模拟实验加以解释。
情感态度价值观
●对探究各种物体的热胀冷缩现象表现出更浓的兴趣。
●初步意识到事物遵循普遍的变化发展规律,但也有特殊性。
(二)教学准备
为每组准备:酒精灯;铜球热胀冷缩演示器;钢丝条、刻度尺、作支架用的木块等图片、资料。
(三)教科书说明
内容共3页,分三个部分。
第一部分:观察铜球的热胀冷缩
这一课的活动是根据学生在前两课学习的基础上自然产生的探究需求设计的。固体(金属)的热胀冷缩现象相比水和空气,较难以观察。如果一开始就让学生自主开展观察研究活动,会有一定的难度。因此本课的第一部分“观察铜球的热胀冷缩”,是直接以图文的方式呈现观察的方法和具体步骤。教师在教学时,可以直接出示铜球热胀冷缩的实验材料,通过分析材料,引导学生思考和提出研究的方法与过程。而且在这个活动中,还要特别强调使用酒精灯和不可直接触摸加热后的铜球等安全问题,以防止烫伤。这个活动,可以考虑由教师进行演示实验,如果采取有效的预防措施,也可以组织学生小组实验,例如给学生准备棉质的手套、大量冷水,等等。通过实验,学生会发现铜球也具有热胀冷缩的性质。
第二部分:观察钢条的热胀冷缩
有了前面观察铜球热胀冷缩方法的讨论和实践,我们就可以让学生尝试着去观察其他金属物体的热胀冷缩现象了。比如生活中常见的铁片、钢丝等,它们会热胀冷缩吗?这部分教学时,可给每个小组提供圆形的金属垫片或钢丝条等,让学生们根据观察材料思考、讨论、设计实验方法。教师只要稍作提示:怎样观察金属片的面积是增大了或是缩小了,怎样观察金属条的长度是增长了或是缩短了?相信学生们能想出各种有效的观察方法来。教科书这部分安排的活动是观察钢条的热胀冷缩,主要是考虑到,第一,这一观察实验活动让学生自主开展相对容易些。第二,加热后钢条长度是否发生变化,是借助一根大头针,通过观察大头针的倾斜程度,把钢条的细微变化“放大”,让学生能直接看到加热的钢条的“膨胀”,这可以使学生对热胀冷缩现象的认识变得更深入更具体。另外,像这一类膨胀效应在实际生活中比较多见。比如学生可能都在生活中观察到铁桥、火车行驶的钢轨等连接处留有一些间隙。通过金属条受热膨胀现象的观察认识,容易让他们把新的认识和生活中的现象建立联系,促进他们对这种设计和做法意义的理解,使科学学习与生活应用联系起来。
第三部分:金属热胀冷缩吗
铜球会热胀冷缩,钢条也能热胀冷缩,那么是不是可以说金属都能热胀冷缩呢?这个问题的提出是对学生科学素养的一种检测。相信学生们会认识到需要对更多的金属物体进行观察研究,才可做出概括。当然学生也马上会意识到对所有金属物体进行观察是不可能、不现实的。比较有效的解决办法是,了解前人已经获得的研究成果,这也是一种非常重要的研究方法。
教科书提到了热缩冷胀的两种金属锑和秘,还有单元后资料库介绍的“热胀冷缩和冷胀热缩”的内容,都可以让学生去阅读。通过阅读,他们了解到自然界确实存在物体的热缩冷胀现象,这可以进一步强化学生不可根据一两个事实而做出整体性概括的意识。
那么,通过前几课的学习,前几项活动的经历,虽然我们还不能说金属都有热胀冷
缩的性质,液体、气体都有热胀冷缩的性质。但是,我们还是有必要让学生对之前所观
察到的一个个单个物体的热胀冷缩现象的认识做个提升。也就是需要组织学生回顾一系
列观察实验的现象,并进行分析、归纳和概括,将学生已有的关于水有热胀冷缩的性质,空气有热胀冷缩的性质,铜球和钢条有热胀冷缩的性质的认识,提升为许多物体都有热胀冷缩性质的认识。同时需要引导学生思考教科书最后一段文字中的“……”所蕴涵的意义。这一研讨活动有两层含义:一是强调科学探究中严谨的科学态度,仅仅靠一两个事实就进行完全概括是不严谨的;二是为学生的课后探究留出了空间,省略号所涵盖的探究活动会接连不断地出现,这也正是我们所期望的。
(四)教学建议
1.过程安排建议。
(1)引入。
●固体有热胀冷缩的性质吗?
●让我们找几种金属材料来观察研究它们是否会热胀冷缩。
(2)观察铜球的热胀冷缩。
●讨论观察实验的方法:怎样检测铜球被加热后体积有没有增大?
●师生交流。
●确定方法。
●小组观察实验:观察铜球受热后体积发生的变化;观察铜球受冷后体积发生的变
化。
●小组交流、讨论。
(3)观察钢条的热胀冷缩。
●设计一个实验装置,观察钢条的变化。
●小组实验。
●交流现象和结论。
(4)金属热胀冷缩吗。
●铜球和钢条都有热胀冷缩的性质,那么是不是所有的金属都会热胀冷缩呢?
●资料学习。
2.几点说明。
(1)观察铜球的热胀冷缩,是在学生已有“水、大多数液体、空气都有热胀冷缩性质”的基础上进行的一个活动,在活动之前,学生基本都会认定铜球是有热胀冷缩性质的,让学生亲眼看到铜球在受热、受冷过程中的变化,在于培养一种科学的求证态度。小组实验和演示实验都可以进行,前提是注意安全。
(2)观察钢条的热胀冷缩实验,意义有多方面:①让学生借助其他物体的变化来判定物体的热胀冷缩。②钢条在温度改变的情况下长度发生的变化,可以更形象地让学生联系到生活中的一些应用,比如铁轨、铁桥等。
(3)金属热胀冷缩的讨论,是延续前面有关液体热胀冷缩的讨论。让学生意识到,从个别到一般的概括是需要大量事实依据的,并要看到事物的特殊性。教科书也列举了锑和秘两种特殊的金属,让学生认识热缩冷胀现象的存在,而且这种特殊性质也被运用到了人类的生产、生活中了。建议教师组织学生课外查询资料,更全面地了解物体的热胀冷缩现象。[
第6课热是怎样传递的
(一)背景和目标
在前五课的学习中,学生们不断地在经历着给物体加热的活动。特别是第5课,用酒精灯给金属物体加热,他们已感觉到了在加热过程中,金属物体会快速地热起来——铜球、钢条很快就变得烫手,不可触摸。对于铜球、金属条会变热,相信学生们也能做出解释:因为酒精灯火焰的热传给了它们。那么,钢条在酒精灯上加热时,只是一端或其中一小部分与火焰直接接触,钢条的其他部位会热起来吗?如果也会热起来,热是怎样传过去的?“热是怎样传递的”研究话题就是在这样的情景下被提出来了。
在金属条的一端加热,另一端是否会热起来,学生们有着丰富的生活经验:如果将不锈钢勺的勺部浸在热水中,勺柄露在外面,过一会儿,勺柄也会热起来。尤其是在吃火锅、喝热汤时,如果把金属勺子勺部浸在汤锅中,一会儿勺柄就无法用手直接拿。这其中的原因就是热汤的能量传递到了勺子的勺部,然后又从勺部传到了勺柄。这里的热传递方式主要是靠传导。热传递的方式除了传导还有对流和辐射(请参阅本单元“参考资料”)。这个单元,学生主要观察和探究与“传导”相关的问题。这一课,学生将在教师指导下,通过实验观察热在金属条中的传递过程和方向。继而让学生尝试着自主设计实验,观察热在金属片中的传递过程和方向。然后综合观察结果,分析热传导过程中的共同特点,形成粗浅的关于热是怎样传导的认识。
科学概念
●热总会从温度较高的一端(物体)传递到温度较低的一端(物体);
●通过直接接触,将热从一个物体传递给另一物体,或者从物体的一部分传递到另一部分的传热方法叫热传导。
过程与方法
●设计实验观察热传导的过程和方向;
●用文字或图示记录、交流观察到的关于热是怎样传导的现象。
情感态度价值观
●保持积极的观察探究热传递的兴趣;
●体验通过积极思考和探究所获得的成功喜悦。
(二)教学准备
为每组准备:铁架台;铁丝(铜条)、热水;火柴、金属圆片、酒精灯、蜡烛油等。
(三)教科书说明
内容共两页,分两个部分。
第一部分:热在金属条中的传递
学生经历了液体、气体、固体热胀冷缩现象的实验后,知道热是可以传递的。特别是学生们在上一节课观察铜球、钢条的热胀冷缩时,更是明显地感受到了热的快速传递。同时,他们也可能相应地产生了一些疑问:钢条在酒精灯上加热时,只是一端或其中一小部分与火焰直接接触,钢条的其他部位怎么也会热起来?热是怎样传过去的?关于热传导的话题就这样被提出来了。
“热在金属条中的传递”观察活动分为两个层面。第一个层面的活动是用手(触觉)感受金属条中的热传递:把金属条的一端浸在很烫的热水中,用手触摸露出水面的那部分金属条,感觉露出部分的金属条哪里先热,哪里后热?每个地方的冷热程度是否一样?通过手的感觉,判断热传递的过程和方向。第二个层面的活动是设计直观的实验,观察金属条中的热传递:在一段铁丝上每隔一定距离用蜡(或黄油)粘上一根火柴棒,将铁丝固定在铁架台上,并使火柴棒都向下悬挂,用酒精灯给铁丝的一端加热,观察哪端的火柴棒先掉下来,火柴棒掉下的顺序是怎样的。然后对同样的装置,在铁丝的中间加热,推测并观察火柴棒掉下的顺序是怎样的。通过这两项活动,学生们能观察到,热总是从较热的一端逐步传递到较冷的一端的。用蜡(或黄油)粘在铁丝上的间隔相同距离的火柴棒,掉下来的时间间隔是不相同的,就说明了这一点。
第二部分:热在金属片中的传递
第一部分的活动,让学生“触摸”到了和“看到”了热的传递(准确地说是热传导)现象。这一教学环节希望学生能更深入地观察热传导现象。根据日常生活中的经验,学生们往往会认为热传导是一个线型的过程,经过上面的实验观察活动,似乎更强化了他们的这种认识。热传导真是这样的吗?教科书的这部分让学生观察:在涂有一层薄蜡的金属圆片的中心或边缘的一个点上加热,通过观察蜡的熔化情况,推测热在金属片上的传递方向和过程。这项活动,不仅拓宽了学生的探究思路,也会使学生对热传导产生新的认识。一些学生或许还会想到一个金属球中的热传递。通过深入的观察和思考,学生们会认识到热传递是一个从热源中心向四周各个方向逐渐扩散的过程。这样,学生在这部分的探究过程中,他们对热传递,确切地说是热传导的过程和方向,就有了更全面的认识和理解。
(四)教学建议
1.过程安排建议。
(1)引入。
●用酒精灯给金属条加热,一会儿金属条就会变得很热、很烫。我们能解释这种变化吗?热是怎样传递的呢?
●简单交流原有的认识和想法。
(2)观察研究热在金属条中是怎样传递的。
●把金属条的一端浸在很烫的热水中,用手触摸露出水面的那部分金属条。
●交流手的感觉。
●说说热在金属条中是怎样传递的。
●在一段铁丝上每隔一定距离用蜡粘上一根火柴棒,将铁丝固定在铁架台上,并使火柴棒都向下悬挂,用酒精灯给铁丝的一端加热。观察哪端的火柴棒先掉下来,火柴棒掉下的顺序是怎样的。
●用同样的装置,在铁丝的中间加热,推测并观察火柴棒掉下的顺序是怎样的。
●交流实验中的发现。
(3)观察研究热在金属片中是怎样传递的。
●推测热在金属片中是怎么传递的?
●怎样让金属片上的热传递可以“看到”?小组设计实验方案。
●交流实验方案:哪些办法可以进行实验研究。
●按照教科书实验设计装置图小组开展实验观察活动。
●交流实验中的发现。
(4)整理、概述对热传递的认识。
2.几点说明。
(1)把金属条的一端浸在热水中,我们能感觉到金属条的另一端变热。这里有多个传热阶段:水——金属条;金属条热的一端——金属条冷的一端;金属条——手。当我们触摸露出水面的那部分金属条时,感觉金属条热了,热在金属条上传递的过程和方向是怎样的,怎样能让我们“看”到热的传递呢?对于这个年龄段的学生,实验设计是一个挑战。单元中的很多活动都在进行着这样的一种能力培养,我们不妨再次给学生足够的讨论与思考的空间。
(2)在一段铁丝上用蜡和火柴演示热的传递,实验操作是适合学生的动手能力的。在这个实验中,教师可以把握两个发展方向:①观察记录火柴跌落的先后顺序,描述热的传递方向;②根据精确的时间记录和一定的间隔设计,观察火柴下落时间与间隔距离之间的关系,描述热在传递方向和速度上的特点。
(3)热在金属片中的传递,对发展学生热传递的认识有着重要的意义。建议将此活动安排成小组活动,让学生尽可能亲身体验。应特别强调注意安全。[
第7课传热比赛
(一)背景和目标
通过前一课对热传导的深入观察研究,学生们已经认识到热总是从温度较高的部分传向温度较低的部分。那么不同材料的物体放在相同的热源中,它们导热速度相同吗?哪个快,哪个慢?通过设计研究导热比赛的活动,学生将学习区分热的良导体与不良导体,进而理解,不同导热性能的物体有着不同的用途,生活中我们要根据需要选择不同导热性能的材料。本课有两个活动:
第一,三种不同材料的勺子——塑料勺、木勺与钢勺,把它们放在同一杯热水中,观察它们导热的快慢。钢勺的导热性能较好,我们把这种材料称为热的良导体;而像塑料勺、木勺的导热性能较差,我们把这样的材料称为热的不良导体。生活中,人们在制造物品时需要根据不同材料的导热性能选择相应的材料。
第二,像钢这样的金属材料导热性能好,那么是否所有的金属材料导热性能都一样呢?通过实验研究铜、铝、钢三种不同的金属材料,认识它们的导热性能是有所差异的。
科学概念
●不同材料制成的物体,导热性能是不一样的。
●像金属这样导热性能好的物体称为热的良导体;而像塑料、木头这样导热性能差的物体称为热的不良导体。
过程与方法
●进行不同材料物体热传导性能的比较实验。
●分析热的良导体与热的不良导体在生活中的运用。
情感态度价值观
●发展对探究的浓厚兴趣;
●意识到实验方法的选择和改进会对实验数据的准确性产生影响。
(二)教学准备
为每组准备:塑料勺、木勺、钢勺;杯子、热水、蜡烛;钢条、铝条、铜条。
教师演示用:酒精灯;蜡烛油、火柴棒;铜、铁、铝金属导热性能演示器。
(三)教科书说明
内容共两页,分两个部分。
第一部分:塑料勺、木勺、钢勺的导热比赛
前一课的研究活动突出的是纵向探究,而“哪个导热快”这一活动注重的是横向比较。塑料勺、木勺与钢勺相比,哪个导热快?具有一定生活经验的五年级学生,他们会觉得这个问题实在太简单了,当然是钢勺导热快。木勺和塑料勺比较呢?这就难说了。怎么来比较它们的导热速度?请学生们自己思考设计研究方法。
如把三种勺子同时放入热水中,用手握住另一端或在柄上涂上易熔化物。对钢勺的导热性能强这一现象如何做出解释呢?可直接告诉学生像钢这样导热性能好的物质是热的良导体,像塑料这样导热性能较差的物质是热的不良导体。当学生们有了热的良导体与热的不良导体这一初步认识后,再让他们联系生活经验回忆还知道有哪些热的良导体与不良导体?在生活中是如何运用的?学生可能会举出很多事例,如锅用铁制成,而锅柄用塑料或木头制成;我们用的隔热垫一般都是用塑料或木头做的……这样可使学生加深对两个新概念的认识。
第二部分:铜丝、钢丝、铝丝的导热比较
学生经历了不同材料勺子的导热性能比较实验后,可能会提出进一步深入研究的问题,如铜、铁、铝等都是金属,都是热的良导体,它们的导热性能相同吗?可以鼓动学生根据生活经验做出推测,并设计实验方案。有些学生可能会照搬前面的实验方法,用易熔化物体使得肉眼看不到的热传导能看得到;有些学生也可能会选择用手触摸的方法来判断哪个热得快。这项活动,需要为学生准备粗细、长短一样的铜丝、钢丝与铝丝等实验材料,教师要帮助学生认识到实验中需要控制的因素,还需要强调如何做到安全地实验。对于这个导热比赛的实验观察活动,教师可给予学生较多时间,为学生提供充足的材料后,让学生根据实际条件与效果选择实验方案,自主研究。如果学生选择用手触摸来判断,教科书第42页上的对话框提醒了学生实验中该注意的事项,如实验时逐个轮流动手做,要准备一盆冷水,要当心烫着手等细节。
学生们各自选择用不同的方法观察比较三种金属材料的导热性能后,要让他们充分地交流观察到(感觉到)的现象和做出的判断。学生们的观察结果可能会不同。在这样的基础上,教师演示教科书第42页下部设计的实验,让他们再次观察比较这三种材料的导热性能。通过多次实验,学生们会意识到实验方法的选择和改进,对实验数据的准确性有着很大的影响。这也是这一活动所期望达到的重要教学目标。
(四)教学建议
1.过程安排建议。
(1)引入。
●有时候我们希望物体传热的速度快一些,比如通过正在烧的锅底。但在另一种情况下,我们希望还是传热速度慢些较好,比如在锅柄上。不同材料制成的物体在导热方面有什么不同吗?
(2)哪个导热快。
①塑料勺、木勺与钢勺的导热比赛。
●不同材料制成的物体,传递热的速度是否相同呢?我们怎么研究这个问题?
●出示实验材料:大小相同的钢勺、木勺、塑料勺。
●学生商讨实验计划并进行实验。发记录纸。
●交流汇报实验现象。
●不同的物体传递热的速度不同。像钢勺这种导热比较快的物体称为热的良导体,像木头、塑料这种导热比较慢的物体称为热的不良导体。
●请大家找找生活中,我们是如何使用热的良导体与热的不良导体的?
②铜条、铝条与钢条的导热比赛。
●如果都是金属,它们传递热的速度是否相同呢?
●提供材料,请学生根据书本中的提示,自主研究。
●学生实验活动。
●汇报交流:同样都是金属,但它们的导热速度也是不同的。
●实验中还有什么新的发现?遇到了哪些困难,是怎样解决的?
(3)演示铜、铁、铝金属导热性能。
●教师演示教科书第42页下部设计的实验,让学生再次观察比较这三种材料的导热性能。
●说说观察到的现象和想法。
2.几点说明。
(1)认识了热在固体中的传递特点,来比较研究不同材料制成的物体的传热性能,是学生愿意也是可以完成的一个研究,教学中更需关注的是怎样激发和保持学生的探究兴趣。
(2)比较三种金属丝的导热性能的活动,目的主要不在正确区分出哪个导热性最好,哪个最差,重要的是让学生们各自选择用不同的方法观察比较三种金属材料的导热性能,通过交流意识到实验方法的选择和改进对实验数据的准确性有着很大的影响。这对今后的学习、工作和生活都有重要的意义。[
第8课设计制作一个保温杯
(一)背景和目标
本课所设计的活动其实是对热的良导体与不良导体的解释和运用,帮助学生更深入地了解、掌握哪些是热的良导体,哪些是热的不良导体。本课有三个活动:
第一,将同样多的、相同温度的热水倒人大小相同、材料不同的杯中,观察哪一杯水凉得慢,让学生认识到热的良导体——金属吸热快,散热也快;而热的不良导体——塑料吸热慢,散热也慢。
第二,做一个保温杯,让学生根据已掌握的知识和生活经验及对各种材料保温效果的观察比较,明白制作保温杯该选用什么材料比较合适,是热的良导体还是热的不良导体。在热的不良导体中,哪种材料更好。
第三,按要求选择材料制作一个保温杯,并通过保藏冰块的比赛活动,检测研究制作的保温杯的效果。
设计制作一个保温杯也是这一单元的一个嵌入式的评价内容。它不仅要考查学生知识的运用和动手制作的能力,同时也要检验学生控制变量的能力,以及对实验数据整理分析的水平。
科学概念
●热的不良导体,可以减慢物体热量的散失。
●空气是一种热的不良导体。
过程与方法
●根据热传递的原理设计制作保温杯。
●研究哪种保温方法保温效果较好。
情感态度价值观
●激发设计研究保温杯的兴趣,能不断进行尝试和创新。
(二)教学准备
为每个小组准备:不锈钢杯、陶瓷杯、塑料杯;热水、温度计;不同材料的杯子数个,相同材料的杯子五个,配套的盖子;泡沫塑料、毛巾、记录表。
(三)教科书说明
内容共两页,分两个部分。
第一部分:哪个凉得慢些
这部分一开始就让学生做一项观察活动:把同样多的、相同温度的热水倒入不同材料制成的杯中(不锈钢杯、陶瓷杯、塑料杯),过几分钟后,这几杯水的温度还一样吗?哪杯最凉?学生根据已有认识和经验推测后,请他们用手触摸各种杯子的外壁,学生通过观察,会发现不同材料的杯壁,热的程度不一样,不锈钢杯很烫,而塑料杯不怎么烫。这种现象能使学生联想到前一课的“哪个传热快”的活动,不锈钢的传热速度比塑料的传热速度快。通过用温度计实际测量,学生发现三杯水的温度不一样了,怎么解释这种现象呢?教师可让学生进行小组讨论,发表各自的想法。如果学生能用热的良导体及热的不良导体进行解释,并且明白热的良导体吸热快,散热也快,所以热水的温度下降得快,那是我们期望的。若学生有困难,教师可让他们阅读资料库中的有关资料。
第二部分:做一个保温杯
做一个保温杯是这节课的重点,也是对热的不良导体的进一步运用。怎样使杯中的水凉得慢一些呢?教师可以让学生各抒己见。面对不同的保温方法,我们怎么选择呢?那得试一试哪种方法保温的效果更好。
教科书为学生提供了一张简洁有效的记录表,对五种保温方法进行对比。让学生经历这一活动是非常有必要的,教师应保证学生在活动中有充分的时间。实验前,教师应引导学生通过讨论明确实验中应该注意的事项,哪些变量必须保持相同,如倒入杯内的水量和温度;什么时候测水温;至少需要几个温度计;温度计的原始温度是否相同等相关因素。科学工具箱内已为大家准备好泡沫塑料及杯子,最难准备的实验材料已经得到解决,教师可以引导学生较好地完成这个实验。在测量等待过程中,教师可以让学生思考能做些什么,过多长时间进行一次测量等。
通过实验和记录,学生获得了一些数据。这些数据是引发学生深入思考的载体,教师要组织学生讨论:通过分析这些数据,发现了什么?有什么新的想法?然后让学生思考,我们的保温杯能使热水始终保持原来的温度吗?这一问题能促进学生深入地理解“保温”的含义。保温杯只能起到尽量阻隔热量传递的作用,但事实上还是会发生热量的传递。当保温杯内水的温度高于外界的温度时,保温杯所起到的作用是减缓杯内水的温度下降的速度;当保温杯内水的温度低于外界的温度时,保温杯所起到的作用是减缓杯内水的温度升高的速度。“保温”只能减缓物体温度的变化,而不能保持原来的温度,除非不断地进行加热或制冷。
第三部分:保藏冰块比赛
通过前面的学习,学生已经明白尽可能多地使用热的不良导体,是使保温杯的保温效果更好的一种方法。有了这样的基础,再让学生设计制作一个保温杯,要求杯外的包装厚度不得超过3厘米是有意义的。可以让学生以小组合作的形式完成,也可以独自完成。最后通过保藏冰块比赛,来检测各组保温杯的保温效果。这项活动可以让学生在课
外进行。
(四)教学建议
1.过程安排建议。
(1)哪个杯中的水会凉得慢一些。
●今天老师带来这么多杯子,知道这些杯子分别是用什么材料制成的吗?
●如果在杯中倒入同样多的相同温度的热水,你们觉得哪个杯子中的热水会凉得慢一些?
●学生做出推测,并说说理由。
●观察实验。
●交流汇报:用手捂在不同材料杯子的杯壁上有什么不同的感觉?什么原因引起的?
●小结:热的良导体吸热快散热也快,所以水温降得快;热的不良导体吸热慢,散热也慢,所以水温降得慢。
(2)讨论怎样使杯中的热水凉得慢。
●你们有什么办法让杯中的热水凉得慢一些?
●小组讨论:使热水凉得慢的办法。
●小组交流,老师板书。
●你们认为哪个保温办法效果较好?学生做出预测。
●学生实验。引导学生注意倒水的时间、水的量、水的温度等变量要保持一致。
●交流实验结果及新发现。
(3)做一个保温杯。
●利用提供的材料,小组讨论制作保温杯的方法。
●交流各组制作保温杯的方法,并讨论实验中应注意的事项。
●学生分组实验。
●交流实验结果,汇报哪种保温方法最为有效。
●能让热水一直保持原来的温度吗?
(4)保藏冰块比赛。
●选择合适的材料制作一个保温杯,杯外的包装厚度不得超过3厘米。
●课外进行保藏冰块的比赛,看看哪组的保温杯效果最好。
2.几点说明。
(1)这是单元中的一个综合活动,让学生利用本单元学过的知识进行一次运用,解决生活中的具体问题,教师要给予足够的时间让学生参与该活动,同时也要注意与第1课“多穿衣服是否能给身体增加热量”的教学活动产生联系。
(2)制作一个保温杯。这个活动最好事先让学生在家里设计和实践过,这样可以利用更多的材料,动员学生家庭成员的力量和智慧,产生更多新颖而有效的方法,使学生获得更多的发展。
(3)保藏冰块的比赛是比较有趣的,学生乐于参与的。日常生活中,一般指的保温是保持热的物体的温度,比如热水、热饭、热菜等,这一实验是保持冰块的温度,这在学生的认识领域中可完善他们对“保温”内涵意义的理解。
四、评价建议
1.本单元的教学评价与整个教学活动的进程是密切联系的,在本单元各个活动的探究过程中,学生一直在经历提出问题,解决问题,寻求解释,提出假说等这样一些科学活动,教师应该在这些方面及时对学生进行有效的评价。
2.针对科学概念的评价,可以进行单元学习前后的相关对比调查,可以在单元学习前对学生进行关于“热”的知识检测,并在单元教学后再次进行调查,这样的调查对教师和学生都有积极的意义。
3.针对科学技能目标,可以在教学过程中,进行及时的记录和评价,把学生在活动中的发展状况及时反馈给学生,对有突出表现的学生予以积极的鼓励。
4.建议在进行本单元的过程性评价或终结性评价时,着重考虑以下方面:
(1)学生在课堂探究活动中,乐意参与各种关于热现象的实验,并在一系列的实验操作、观察、解释、交流活动中,积极获取新的认识。
(2)在小组活动中,愿意把自己发现的关于热的知识和大家及时交流,并能提出关于热的相关问题和设想。
(3)能在生活中分辨哪些物质是热的良导体,哪些物质是热的不良导体。
(4)将科学运用于生活,能根据需要,选择不同导热性能的材料,设计制作一个保温杯。
(5)能够利用热学方面的知识解释生活中的相关现象。比如铁轨每隔一定距离留有一定间隙,比如瓶装饮料一般不能装得很满,冬天手扶在木头上没有扶在铁块上觉得冷等。
(6)意识到事物遵循普遍的变化发展规律,但也有特殊性。

五、参考资料

热是组成物质的大量分子、原子无规则的运动。热与能紧密相关。其他形式的能可
以转变为热能,热能也能转变成其他形式的能。
历史上对热的认识,出现过两种对立的观点。18世纪出现过热质说,把热看成是一种不生不灭的流质,一个物体含有的热质多,就具有较高的温度。与此相对立的是把热看成物质的一种运动形式的观点,俄国科学家罗蒙诺索夫就指出热是分子运动的表现。
针对热质说不能解释摩擦生热的困难,许多科学家进行了各种摩擦生热的实验,特别是朗福德的实验,他用钝钻头钻炮筒,因钻头与炮筒内壁摩擦,在几乎没产生碎屑的情况下使水沸腾;1840年以后,焦耳做了一系列的实验,证明热是同大量分子的无规则运动相联系的。焦耳的实验以精确的数据证实了迈尔热功当量概念的正确性,使人们摒弃了热质说,并为能量守恒定律奠定了实验基础。与此同时,热学的两类实验技术——测温术和量热术也得到了发展。
热学理论有两个方面,一是宏观理论,即热力学;一是微观理论,即统计物理学。这两个方面相辅相成,构成了热学的理论基础。
热运动
热运动是指构成物质的大量分子、原子等所进行的不规则运动。证明液体、气体分子做杂乱无章运动的最著名的实验,是英国植物学家布朗发现的布朗运动。1827年,布朗把藤黄粉放入水中,然后取出一滴这种悬浮液放在显微镜下观察,他奇怪地发现,藤黄的小颗粒在水中像着了魔似的不停运动,而且每个颗粒的运动方向和速度大小都改变得很快,好像在跳一种乱七八糟的舞蹈。就是把藤黄粉的悬浮液密闭起来,不管白天黑夜,夏天冬天,随时都可以看到布朗运动,无论观察多长时间,这种运动也不会停止。
在空气中同样可以观察到布朗运动,悬浮在空气里的微粒(如尘埃),也在跳着一种杂乱
无章的舞蹈。发生布朗运动的原因是组成液体或者气体的分子本性好动。比如在常温常
压下,空气分子运动的平均速度是500米/秒,在1秒钟里,每个分子要和其他分子相撞500亿次。好动又毫无规律的分子从四面八方撞击着悬浮的小颗粒,综合起来,有时这个方向撞击力大些,有时那个方向撞击力大些,结果小颗粒就被迫做起忽前忽后、时左时右的无规则运动来了。
分子热运动的典型现象是分子扩散。气体扩散的现象是最明显的了:比如生活中香味的扩散,茉莉花一旦开了花,全家甚至邻居都可以闻到扑鼻香气;鱼、肉腐烂了,会弄得周围臭气熏天。组成液体的分子也很好动:比如,在一杯清水里滴入一滴墨水,墨水就会慢慢散开,和水完全混合。这表明一种液体的分子进入到另一种液体里去了,或者说液体分子在不停地运动。固体分子,同样也不很安分守己:比如把表面非常光滑洁净的铅板紧紧压在金板上面,几个月以后就可以发现,铅分子跑到了金板里,金分子也跑到了铅板里,有些地方甚至进入1毫米深处。如果放置5年以上,金和铅就会连在一起,它们的分子互相进入大约1厘米。再比如长期存放煤的墙角和地面,有相当厚的一层都变成了黑色,就是煤分子进入的结果。
热量
热量是由于物体间或者物体各个部分存在温差而在它们之间转移的能量。温度较高的物体放出能量,温度较低的物体吸收能量。热量总是从高温物体传到低温物体,或者由同一物体的高温部分传到低温部分。热量的单位是焦耳(J)。
热传递
热传递又称“传热”,是指热量从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分的过程。热传递通过热传导、对流和热辐射三种方式实现。在实际的传递过程中,这三种方式往往是伴随着进行的。
热传导
热传导又称“传导”,是固体中热传递的主要方式。是指在没有物质迁移的情况下,
热量从物体的一部分传递给另一部分,或者从一个物体传递到另一个物体的过程。物体
温度较高部分的分子具有较大的平均动能,这些分子由于碰撞而把本身的一部分动能传
递给了温度较低部分的分子,使后者的平均动能增加而变热。
各种物体的导热性能不同。固体中金属导热性能最好,常用作传热的材料。羊毛、棉花、石棉、软木等物质不容易导热,常用作热绝缘材料。液体除了水银和熔化的金属外,导热性能很差。气体的热传导性能更差。
热对流
热对流是指依靠液体或者气体本身的流动而传热的过程,是热传递的一种方式。烧水时,水壶底部的水受热体积膨胀,密度变小而上升;上部冷水密度大而下降,引起水的上下循环流动。大气因下层受热而引起气流上下循环流动。这些因温度不均匀引起密度或压强的差别而自然产生的对流,称为“自然对流”。依靠外力推动气体或者液体内作相对循环运动而产生的对流,称为“压强对流”。例如,在某些发动机中,冷却装置里的水就是水泵来强迫它作循环流动的。
热辐射
热辐射是指物体以电磁波形式向外发射能量的过程,热传递的方式之一。物体所辐射的电磁波波长随温度而变,温度较低时,主要是不可见的红外辐射;在500℃以上,则渐发射较强的可见光,直至紫外辐射。此外,物体温度越高辐射越强;表面越黑暗、粗糙,辐射也就越强。
由于热辐射既不是靠液体或气体的流动,也不是靠分子之间的碰撞,因此在真空中也可以进行。
热膨胀及其应用
在压力不变的情况下,物体因温度升高而增加其体积的现象,称为热膨胀。
一般物体在受热时,温度升高、体积膨胀,遇冷时,温度降低,体积收缩,称之为热胀冷缩。
物体热胀冷缩的原理,被人们广泛应用在日常生活和生产中。乒乓球被踩瘪了,浸入开水里烫一下,球内的空气受热膨胀,压力变大,就会让乒乓球重新鼓起来;烧开水里,壶里的水不能装得太满,防止水受热膨胀溢出来;铺设铁轨时,铁轨之间留下一定
的空隙,使铁轨在夏天受热时有膨胀的余地;夏季安装高压输电线时,电线不能拉得太
紧,让电线有伸缩的余地,否则天一冷电线收缩,就会绷断,造成事故。
在相同的温度变化下,固体、液体、气体的热胀冷缩程度是不同的,一般固体膨胀最小,液体较大,气体最大。
也有一些事物,它们的热膨胀有它的特殊性,比如水在4℃以上是热胀冷缩,但在0℃到4℃之间却是热缩冷胀,这是水的反常膨胀。这样,水在4℃时体积是最小的,密度是最大的。
水冷胀热缩的原理
物质的密度由物质内分子的平均间距决定。对水来说,由于水中存在大量单个水分子,也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子,而水分子缔合后形成的缔合水分子的
分子平均间距变大,所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合水分子中单个水分子
个数决定。
具体地说,水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定。
当温度升高时,水分子的热运动加快、缔合作用减弱;当温度降低时,水分子的热运动减慢、缔合作用加强。综合考虑两个因素的影响,便可得知水密度的变化规律。
水凝固成冰、雪、霜时,水分子的排列比较“松散”,雪、冰的密度比较小。将冰融化成水,缔合水分子中的一些氢键断裂,冰的晶体消失。0℃的水与0℃的冰相比,缔合水分子中的单个水分子数目减少,分子的间距变小、空隙减少,所以0℃的水比0℃的冰密度大。
在水温由0℃升至4℃的过程中,由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用,比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大,所以在这个过程中,水的密度随温度的升高而加大,为反常膨胀。水温超过4℃时,由于水中缔合数大的缔合水分子数目比较小,氢键断裂所造成水密度增加的影响较小,水密度的变化主要受分子热运动速度加快的影响,所以在水温由4℃继续升高的过程中,水的密度随温度升高而减小,即呈现热胀冷缩现象。在4℃时,水中双分子缔合水分子的比例最大,水分子的间距最小,水的密度最大,水的体积最小。
膨胀衔接处
固体膨胀产生的力量很大。建筑物中的钢筋受热时,如果没有足够的空间让它们伸展,那么膨胀所产生的力量足以使墙壁裂开,甚至倒塌。因此,建筑物各个组成部分之
间应留有足够的空隙。这些空隙称为膨胀衔接处,可以让结合在一起的组件在温度变化
时,有自由伸缩的空间。
长度变化很小的钟摆
钟摆的长度和摆动周期有关,会影响时钟的快慢,要保持时钟的准确性,就必须克服钟摆因温度高低变化所造成的长度变化。
克服的办法,是利用膨胀系数很小的木材,或利用三根直向的细钢条及两根稍粗的锌条做钟摆中段的材料。当钢条受热使钟摆伸长时,锌条的膨胀却反向伸长而使钟摆缩短。
在英国,当瓦特蒸汽机掀起了第一次工业革命的风暴以后,科学家和技术人员对热机的研究达到了空前的狂热。但是,一般的热学家和力学家都比较重视应用技术的研究。加之像瓦特、戴维这样一些对热力学做过开拓工作的人大都是在自学道路上成长起来的,不太擅长于运用数学和物理学的数理抽象方法进行研究,因此,热力学的真正的理论基础建立者并不是他们,而是兼有理论科学才能与实验科学才能的法国工程师萨迪·卡诺。
卡诺于1796年6月1日出生在巴黎。他的父亲拉查雷·卡诺在数学、物理方面也有很高的造诣,卡诺自幼受父亲的熏陶,进步非常快。
当时,法国的蒸汽机已增加到65台。这个数字虽然并不大,但这使卡诺有可能对蒸汽机进行深入的研究。卡诺发现,从外国进口的蒸汽机尤其是英国制造的蒸汽机在性能方面远远超过法国产的蒸汽机。在研究瓦特蒸汽机的过程中,卡诺最关心的当然是蒸汽机的热效率问题,即热能与机械能之间的转化问题。他发现,蒸汽机在将热能转化为机械能的过程中,除热能转化为机械能这一主要过程之外,还有许多辅助过程。而正是这些辅助过程阻碍了人们对能量转化进行深入研究。于是,卡诺决定舍弃这些辅助过程,采用一种抽象的数理分析方法,着重探讨热能与机械能的转化。运用这种科学方法,卡诺提出了一种理想热机理论,并以这种理想热机理论为基础,设想出一种理想热机。
1824年,28岁的卡诺发表了《关于火的动力及产生这种动力的机器》一文,阐述了他的理想热机理论。文章一开始他就谈到了在地球上观察到的许多现象都与热有关。在这篇论文中,卡诺明确指出,热机只能在具有温差的两个热源之间工作。当热从高温热源像瀑布那样流向低温热源时,热机才能做功。热机的效率与工作介质无关而主要取决于两个热源之间的温差。
他说:“我们可以恰当地把热的动力和一个瀑布的动力相比,瀑布的动力依赖于它的高度和水量,热的动力则依赖于所用热素和我们可以称之为热素的下落速度,即交换热素的物体之间的温度差。”卡诺在1824年所论述的这些理论成果,实际上已包括了人们后来所总结出来的热力学第二定律:热只能在从高温热源转向低温热源的过程中做功。只是由于卡诺当时还相信热质说,因此对他所发现的这一定律作了错误的理论解释。
在《关于热动力以及热动力机的看法》一书中,卡诺还指出,最好的热机工作物质是在一定的温度范围内膨胀程度最大的物质。也就是说,作为热机工作物质,气体比固体和液体更有前途,具有更大的优点。他看到了气体作为热机工作物质的潜在优点,这就预示后来乃至今天普遍使用的内燃机的发展。
在初步提出热机理论之后,卡诺又继续进行了一些理论探索工作。此后,他逐渐放弃了热质说,而相信了热动说。这就使他对热能与机械能之间的转化有了新的认识。1830年,卡诺在一篇论文草稿中已明确地采用了热动说。此后,他还在热动说的基础上,根据他对热能与机械能之间的转化所作的研究,最先提出了热功当量的概念。与此同时,他还初步对热功当量进行了测定。虽然他所测得的热功当量的数据并不精确,但这是人们对热功当量的最早的测定。正是在1830年所写的这篇论文草稿中,卡诺明确指出:“热不是别的东西,而是动力(能量),或者可以说是改变了形态运动,它是一种运动。”又说:“动力(能量)是自然界的一个不变量。准确地说,它既不能产生,也不能消灭。实际上它只改变它的形式,也就是说,它有时引起一种运动,有时则引起另一种运动,但决不消灭。”卡诺的这些论述说明,他已接近发现热力学第一定律,并在这以前实际上已发现了热力学第二定律,并以这些发现为基础,提出了理想热机的热力循环理论以及一种高压缩型的自燃热机的设想,他正式奠定了热力学的理论基础。而他的热力学成就也就为能量守恒和转化定律的发现直接铺平了理论道路。