6.热对流

【课标落实】

1．本单元通过一系列观察、实验、分析等活动，落实《课程标准》高年段的课程目标。

科学知识：

初步了解常见的物质的变化；知道不同能量之间的转换。

科学探究：

能基于所学的知识，初步具备实验设计的能力和控制变量的意识，并能设计单一变量的实验方案。

科学态度：

体会设计实验方案是科学探究的重要环节，体现了严谨的科学态度，也能帮助别人理解自己的想法。乐于尝试运用多种材料、多种思路、多样方法完成科学探究，体会创新乐趣。

科学、技术、社会与环境：

了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，技术的发展和应用影响着社会发展。

2．本单元学习内容基于《课程标准》课程内容中“物质科学领域”的高年段要求。

1.2  材料具有一定的性能。

6.3.3  热可以在物体内和物体间传递，通常热从温度高的物体传向温度低的物体。

6.6.2  一种表现形式的能量可以转换为另一种表现形式。

17.2  技术包括人们利用和改造自然的方法、程序和产品。

【教材分析】

本课着重探究液体和气体的热传递方式——对流。液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程叫对流，即流体(气体或液体）通过自身各部分的宏观流动实现热量传递的过程。对流产生的原因在于物质的热胀冷缩，流体受热后体积变大，质量不变，密度变小，在浮力作用下向上浮起，温度低的流体密度较大，向下流动。

本课教学内容包括四个部分：第一部分是观察把一小瓶红色热水放入冷水槽中的现象，引发学生思考，聚焦对流现象。第二部分是探究热在水中是怎样传递的。把木屑放入水中加热，水升温后观察木屑在水中的运动方式，借助木屑的运动方向推测液体的流动方向。这是一个能够充分激发学生想象力的活动，使学生认识液体的热传递方式主要是对流。第三部分是探究热在空气中是怎样传递的。在空气中点燃一支线香，用玻璃罩倒扣住，观察线香冒出的烟是怎样流动的，从而认识气体热传递的方式主要也是对流。第四部分是利用身边材料制作简易走马灯，解释走马灯能转动的原因。这个环节既是对本课知识点的生活解释和应用，也是一个工程技术能力的训练。

【学情分析】

自然界中热传递无处不在，研究由温差引起的热传递现象是认识自然界的重要内容。无论是在日常生活中还是在科技领域内，热传递都有着广泛的应用。人们冬天晒太阳取暖，夏天开空调降温，研究食品冷藏保鲜技术等，都与热传递现象有关。当我们了解热传递的发生条件、热传递的方式以及材料的传热性能后，就能根据实际需求，选择是防止热传递的发生，还是利用热传递方便生活。

对于热传递学生有很多切身的感受，如盛有热水的玻璃杯烫手，但这只是生活经验，学生不知道热传递有三种方式，以及三种传热方式的异同。为此，本单元设计大量实验为学生提供直观现象，帮助学生分析影响热传递的主要因素，概括热传递的基本规律，理解热传递的实质是能量从高温物体向低温物体转移的过程，进而解释生活中的热传递现象。对于本主题，学生不仅有生活经验，还有一定的认知基础，在四年级学习了《冷和热》知识，强调运用实验观察的方法，掌握温度的概念，知道温度变化可以使物体产生体积和形态的变化，并了解一般物体都具有热胀冷缩的性质。因此，对于热学知识，在小学阶段学生经历了“进阶”的学习过程。此外，通过本单元的学习能强化学生对“物质是运动的”这一核心观点的理解，在前期从宏观层面学习机械运动的基础上，借助一些表象来了解微观运动，为初中学习分子热运动提供丰富的认知基础。

本主题与生活实际息息相关，有大量的生活事例作为学习素材。这不仅为学生在基于事实的基础上分析传热现象、抽象传热特点、概括传热规律提供充分机会，还为学生培养逻辑思维和逆向思维提供有效载体。同时，运用热传递知识编排多种制作活动，为学生知识迁移、设计思维、动手能力的发展提供契机。

【教学目标】

科学知识：

1．知道液体、空气热传递的主要方式是热对流。

2．认识热对流传递热的特点。

科学探究：

1．能基于所学知识，从事物变化及相互关系提出可探究的科学问题.

2．能基于所学知识，通过观察水受热流动的现象，获取信息，运用分析、比较、推理的方法得出结论。

3．能大胆质疑，从不同视角提出研究思路，并完成探究。

科学态度：

1．在进行合作时，愿意沟通交流，综合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点。

科学、技术、社会与环境：

1．认识到科技的发展给人们的生产、生活带来的便利。

【教学重点】

知道热在气体和液体中传递的主要方式是热对流。

【教学难点】

做热在水中和空气中传递的实验，从而理解对流现象。

【教学准备】

教师材料：课件和视频。

学生材料：水槽、小广口瓶、色素、酒精灯、铁架台、石棉网、烧杯、木屑、火柴、

塔香、玻璃罩、纸杯、蜡烛、棉线、牙签、剪刀、双面胶。

【教学时间】

1课时

【教学过程设计】

一、视频引入，聚焦对流现象

1．同学们，通过上一节课的学习，我们知道热在固体中是以热传导的方式传递热量的，那么热在液体中又是如何传递的呢？

老师这里有一小瓶红色的热水，如果将这一小瓶红色热水放到冷水里，会出现什么现象呢？我们来看一段视频（播放视频)，注意仔细观察。

2．你们观察到了什么？

生：红色的热水会上升，到达顶部会向四周扩散，和冷水混合，然后也会有部分慢慢地降下来。

3．为什么会出现这样的现象（热水上升，到达顶部又下降）？你觉得可能和什么有关？

4．学生汇报：热水比冷水轻；热的传递......

5．到底你们的猜想对不对呢？要弄清为什么会出现这样的现象，我们需要先来研究一下热在水中是如何传递的。

［设计意图：创设学习情境，了解学生原有认知，激发学生学习兴趣。]

二、操作与探究

（一）研究热在水中的传递

1．首先我们来探究热在水中的传递。我们要设计怎样的实验来证明呢？请同学们先来认识下老师准备的实验器材：水、酒精灯、三脚架、石棉网、火柴、蒸发皿。你能根据老师提供的实验器材设计实验证明猜想吗？请你们和小组同学讨论一下。

2．学生小组内交流，汇报研究方案：用火柴点燃酒精灯，用完后的火柴棒放在蒸发皿里。再用酒精灯给水加热，观察水受热后的变化。

3．这个办法很好。但你们想过没有，水是没有颜色、透明的液体，要想直接观察水受热后的现象会不会很明显呢？

生：不明显。
师：要想清楚地看到水受热后的现象，该怎么办呢？
生：可以在水里放进一些物体，借助物体来观察。
举例说说，放些什么好呢？
生举例：木屑、茶叶、粉笔末等。
为了同学们实验方便，老师给大家准备了一些木屑。我们可以通过观察木屑的运动来了解水的流动。

4．清楚这个实验怎么操作了吗？师生梳理实验步骤：

（1）用酒精灯给水加热。

（2）仔细观察木屑在水中的运动轨迹。

（3）待观察清楚后及时在记录纸上画出线路图。

（4）观察结束，及时盖灭酒精灯。

5．你们认为在实验过程中应该注意什么呢？

生：在实验过程中我们需要注意酒精灯的规范操作。同时也有注意安全，小心烫伤。

    6．学生进行实验活动，教师巡视指导。

7．汇报交流，说说木屑在水中是怎样运动的？

生：水受热以后，水中的物体都是上升以后下降，然后再上升再下降，这样不停的循环运动。

8．为什么加热之后就出现了水中物体上升以后下降，然后再上升再下降，这样不停循环运动的现象呢？这种现象说明了什么呢？小组同学讨论一下。

学生讨论，师指导并参与讨论。

生汇报热水上升，冷水下降。

9．师小结：加热后，底部的水受热上升，周围和上面较冷的水下降，流过来补充，被加热后又上升……就这样，冷水和热水相对流动，科学上把这种传递热的方式称为对流。（板书：对流）

10．用手指碰下杯子中的水，有什么感受？

生：水变热了。

师：热水上升就是水在传递热，通过对流，烧杯里的水温度就升高了。通过以上活动，我们知道热在水中主要是以什么方式传递的？

生：对流！

师：水属于液体，也就是说热在液体当中是以对流的方式传递的。

［设计意图：观察热在水中传递的过程，发现液体受热会上升，遇冷会下降，循环流动。］

（二）研究热在空气中的传递。

1．过渡：热在液体中是以对流的方式传递热的，那热在气体中又是如何传递的呢？下面我们就来研究热在空气中的传递。

2．出示实验器材：老师为大家准备了这样一些器材：塔香、玻璃杯、火柴、蒸发皿。我们可以怎么来设计这个实验呢？请大家小组讨论一下。

3．学生讨论并汇报实验设计：

（1）用火柴点燃塔香。

（2）用玻璃杯倒扣住塔香。

（3）观察烟是怎样飘动的，及时画出运动轨迹。

4．在实验过程中应该注意什么呢？

生：有注意安全，小心烫伤。

师补充：注意观察要及时仔细，实验现象开始时比较清楚，后面随着烟的增多观察效果会变差。

    5．学生进行实验活动，教师巡视指导。

6．汇报交流，说说观察到了什么现象？

生：塔香受热以后，烟是上升以后下降，然后再上升再下降，这样不停的循环运动。

7．以上两个实验有什么相同之处？

生：水和空气受热之后都上升，遇冷下降。

8．总结：液体或气体受热上升，遇冷下降，循环流动，使冷、热液体或气体相互混合，这种传热方式叫作热对流。热对流时，热总是由温度较高处传到温度较低处。

［设计意图：观察热在空气中的传递过程，发现气体受热会上升，遇冷会下降，循环流动。并通过对比，发现液体和气体相同的传热方式。]

三、运用与拓展

1．同学们，刚刚我们知道了什么是热对流，那么我们在生活当中有没有见过热对流的现象呢？

生：风的形成里包含空气的对流；烧水时水通过对流变热；喝汤时我们会上下搅一搅，加快对流的速度，让它这个热量更快的均匀分布。

2．这是冬天我们家里常用的取暖器，你能说说它是怎样使房间变暖的？

   生：靠近取暖器的空气先热，上升，周围比较冷的空气就会流过来补充，又受热上升，这样，整个屋子的空气在不断的流动过程中逐渐变暖。

3．瞧，老师今天还带来了一个特别的玩具，叫走马灯，属于灯笼的一种，但最大的不同是它会转动。走马灯为什么可以转动，背后又藏着什么秘密呢？下面我们就来尝试做一做、玩一玩，在做和玩当中思考这个问题。

4．出示制作走马灯步骤。

5．学生制作。

6．展示成品，并尝试解释一下走马灯转动的秘密。

7．观察同学们制作的走马灯,你发现了什么？

生：我发现同学们做的走马灯转动速度不一样；还有走马灯转动的方向也不太对劲。

8．你能想出什么办法来改变走马灯转动的速度和方向吗？请同学们课后尝试用身边材料动手制作一个走马灯，并探究改变走马灯旋转速度和方向的方法。

［设计意图：通过热对流知识在生活中的应用，强化学生对热对流的理解，这也是对学生技术制作能力的训练。]

 

【板书设计】

6．热对流

冷

                             液体                 气体

热