物理课外探究活动案例研究----冷却效果最佳条件研究

　　物理课外探究活动案例研究——冷却效果最佳条件研究

　　课外探究活动以发展学生科学探究能力为目的。只有适时、适度地开展才能收到理想的教学效果。本着这一思想我设计了这个课外探究活动的教学案例。

　　1 问题情境

　　有300ml热水和6个完全相同的杯子（容积30ml) ，为了使热水在限定时间内温度迅速降低，应该如何往杯子里注水？

　　学生由生活经验会很容易想到各种方案，让学生设计实验并亲自动手做一做，比较哪个方案冷却效果最佳。

　　2 实验设计

　　① 方案一，把初始水温60℃ 的热水平均注入6个杯子中，后测量水的温度，记录下数据。

　　② 方案二，待杯子冷却至原来温度，将热水整杯注入3个杯子里，90s后，测量这3杯水的温度，然后再将它们分别注入另3个杯子，经同样时间间隔后记录下水的温度。

　　③方案三，实验步骤与方案二类似。

　　④方案四，待杯子冷却至原来温度，将热水全部注入第1个杯子，经30s后，测量第1个杯子内水的温度，然后再将第1个杯中的水注入第2个杯子，依次类推，最后注入第6个杯子。分别记录下每个杯子中水的温度。

　　⑤改变初始水温和限定时间重复以上的步骤继续测量，详细记录下实验结果并进行比较研究。

　　3 分析总结

　　对比四个方案不难发现，在水的初始温度和时间限定均相同的情况下，从方案一到方案四水温降低的幅度总体有递增趋势。采用方案四可以使热水失去最多的热量，也就是降低最大的温度。学生可以由此推论，如果以质量相同的玻璃，制成较薄而数目更多的玻璃杯，采用上述第四种方案，则冷却的效果将更明显。

　　4 进一步研究

　　在这个实验中，水的热量散失主要通过蒸发、热传递和热辐射来实现的。换句话说，水被冷却的效果如何，取决于蒸发、水与杯子之间的热传递以及向周围空间辐射热量的多少。那么，在这个过程中究竟以哪种散热途径为主，我们还可以作进一步的研究。首先，利用量热器等实验仪器测量出玻璃杯的质量比热容。然后，根据水温下降的温度和玻璃杯的比热，计算出在水被冷却的过程中杯子通过热传递吸收了多少热量。在尽量减少误差的前提下，粗略估计出通过蒸发和辐射热量散失了多少。此外，利用不同的杯子，比如纸杯、塑料杯、轻质水杯等进行反复实验，收集更丰富的数据信息加以分析和论证，将是一件十分有趣也有意义的事情。但是，在这个过程中由于涉及复杂的操作步骤和繁琐的定量计算己不太适合普通中学生的实验能力和分析水平，因此可以留给那些物理兴趣浓厚又学有余力的学生在课外结成兴趣小组再作进一步探究。

　　5 研究结果评价

　　这一课外探究活动的教学设计，除了可以激发学习兴趣，锻炼学生的动手能力，培养学生的合作能力和团队精神外，还有其自身特点：

　　①这个教学设计中需要的实验器材很容易解决，而且实验的难度也不高，但却能够很好地体现科学探究的特征，实现完整的探究过程。

　　②贴近生活，以小见大。整个探究活动案例中教师朴实巧妙地从日常生活入手，给学生创设了一个贴切而又不失新鲜的问题情境，引导学生自然地进入研究物理现象的浓厚氛围之中。

　　③ 小实验，大空间。实验可以通过改变初始水温和限定时间重复进行。重新设计不是简单的重复，而是引发更深层次的思考：杯子受热所吸收的能量与哪些因素有关？关系怎样？时间较长时外界环境的影响是否该考虑？换成其他材质的杯子又会得出什么结论？看似小的问题却充分扩展了他们的思维空间，小中见大。

　　④体现科学探究活动的开放性。这个教学设计摆脱了验证性实验的思维定式，带给学生一种新鲜感。