热对流和热辐射（教学设计）-2024-2025学年科学五年级上册湘科版（2017）

热对流和热辐射 教学设计 教学目标： （1）理解热对流和热辐射的概念，知晓热在水和空气中主要靠对流传递，热辐射不需要介质即可传递热。 （2）通过实验观察、分析推理和类比归纳等方法，探究热对流和热辐射现象及其规律。 （3）感受科学规律在生活中的应用，养成以实验事实为依据作出判断的习惯并培养对科学探究的兴趣。 教学重难点： （1）教学重点：通过冷热水对流实验和热对流实验，理解热对流现象及其规律。 （2）教学难点：类比水的热对流方式，理解空气以热对流方式传递热的原理。 教学准备： （1）多媒体投影仪和计算机，用于展示冷热水对流实验的视频和图片，以及模拟热对流和热辐射的过程。 （2）实验器材套装，包括：冷水瓶、热水瓶、塑料隔板、红色和白色食用色素、温度计、试管、酒精灯、高锰酸钾、水槽、热水瓶、冷水。 （3）日常用品及材料，包括：两个同样的普通水杯、能盛装水杯的小盒子、泡沫板、毛巾、铝箔纸、热水、温度计、壁纸刀、尺子、笔、学习单。 教学方法： 实验法、讲授法、观察法、类比推理法 教学过程： 一、导入 教师谈话：通过前面的学习，我们已经了解了不同材料导热性能的差异。有些材料是热的良导体，有些则是热的不良导体。那么水究竟是属于哪一种呢？为了探究这个问题，我课下做了一个实验——给试管中的冷水加热。 教师展示在上部加热的视频并讲解：将酒精灯放在试管上部加热2分钟，结果发现试管上部的水沸腾了，温度接近100摄氏度。而底部的水温却只有32摄氏度。这说明水是一种热的不良导体。 接着，教师出示另一个在试管底部加热的视频，并提出问题：虽然我们知道水是热的不良导体，传导热的速度较慢，但在实验中水温却迅速上升。这是什么原因呢？ 学生：可能是通过对流的方式传递热。 二、实验探究 （1）实验原理讲解 教师展示图片并解释实验原理。 教师解释：准备一瓶冷水和一瓶热水，分别染上白色和红色。用塑料隔板盖住冷水瓶口，然后将冷水瓶倒扣在热水瓶上。抽掉隔板后，观察到红色热水上升，白色冷水下降。此时触摸上面的冷水瓶，会感觉它变暖了一些。 （2）冷热水对流实验演示 教师播放冷热水对流实验的视频。 教师进一步解释：在实验过程中，我们将冷水瓶倒扣在热水瓶上，并移除隔板。可以看到红色的热水向上流动，白色的冷水向下流动。触碰冷水瓶，可以感觉到它的温度有所上升。 学生观察实验现象并记录。 （3）学生推测 教师引导学生根据实验现象进行推测。 教师提问：结合刚才的实验，你能推测一下，在试管底部加热时，热是如何在水中传递的吗？ 学生：在试管底部加热时，底部的水先变热，然后热水会上升，热能就这样传到水面上方。 学生：热水上升的同时，上方的冷水会下沉到底部继续受热，如此循环不已，使水温迅速升高。 （4）实验验证 教师演示高锰酸钾与热水对流实验，并解析其中的现象。 教师介绍：在一个装有冷水的水槽中加入少量高锰酸钾，然后从下方引入一瓶热水。观察实验现象。 观察到的现象：高锰酸钾微小颗粒上升，随后向侧面移动，再下降回到加热点附近。 教师分析：加热点附近的高锰酸钾颗粒上升，表明热水在上升；水槽边缘的部分则表现出下降趋势，说明这部分是冷水。这样持续循环，使得整个水槽内的水逐渐变热。 教师总结：看来同学们的推论都是正确的。 三、解释与总结 （1）热对流概念 教师总结道：在给水加热的过程中，热水总是倾向于上升，而冷水则下沉。这种通过水流形成的热传递方式称为热对流。 教师提问：空气是否也是通过对流来传递热量的呢？ 学生：应该是的。 （2）认识空气的热对流现象 教师讲解空气的热对流现象。 教师举例：冬天我们在房间下方安装暖气片时，周围的空气会因受热上升，从而将热量带到较高位置。同时冷空气会下沉并被重新加热，形成一个循环。通过这种方式，可以使整个房间变得更加温暖。 教师提问：在日常生活中还有哪些例子是通过热对流来传递热的？ 学生：烧水壶、热水器等设备也利用了这一原理工作。 （3）认识热辐射 教师提问：既然太阳与地球之间没有直接接触，它们之间的热量又是如何传递的呢？ 教师解释：首先我们要明确一点，太阳和地球之间既无直接连接也不具备传递热所需的介质如水或空气，因此无法依靠传统的传导或对流方式实现能量转移。实际上，太阳发出的热量是以电磁波的形式穿越太空直接到达地球表面，这就是所谓的热辐射现象。除了太阳外，像篝火产生的光和热以及家用电器如浴霸散发出来的热量同样属于此类现象之一。 教师提问：你们还能举出其他的热辐射事例吗？ 学生：太阳能热水器、电暖器、烤箱等。 四、课堂小结 教师总结：今天通过学习我们了解到三种主要的热传递方式：热传导、热对流及热辐射。无论哪种形式，其核心机理都遵循着由高温区向低温区传递的原则不变。 教师提醒：请各位同学准备好两个同样的普通水杯、能够容纳水杯的小盒子、泡沫板、毛巾、铝箔纸、热水、温度计、壁纸刀、尺子、笔和学习单等物品以备下次课程使用。 课后作业： （1）请学生观察家中热水器或煮水壶加热的过程，描述热水上升、冷水下沉的现象，并尝试解释这一现象背后的热对流原理。 （2）调查并记录生活中三种不同场景下热辐射的例子，例如太阳光照射、使用浴霸等，并简要说明热辐射是如何在这些场景中传递热量的。 学科网（北京）股份有限公司 $$