第三章 物态变化
第1节 温度 · 自主阅读问题链引导设计(逐句精读版)
费曼式以教代学 · 五列轮次问题链 · 含完整参考答案
课标要求:
1.1.2 了解液体温度计的工作原理。会用常见温度计测量温度。能说出生活环境中常见的温度值,尝试对环境温度问题发表自己的见解。
4.1.3 用常见温度计测量温度。
学习目标:
1. 知道温度是描述物体冷热程度的物理量,能说出生活环境中常见的温度值。了解液体温度计的工作原理。
2. 经历自制并改进液体温度计的过程,了解温度计的结构特点,初步体会运用证据和逻辑进行质疑创新的过程,发展科学思维。
3. 经历测量液体温度的过程,会用常见温度计测量温度,掌握使用测量工具进行测量的规范。
4. 经历自制并优化温度计的过程,感受学习物理、实践创新的乐趣,体会物理与技术之间的联系;经历测量液体温度的过程,感悟测量的意义,树立规范操作的意识;了解生活环境中常见的温度值,有对环境温度发表自己见解的意识。
重点难点:
教学重点难点:温度计的原理和使用。
设计理念:
费曼以教代学——把教材原句拆成“原句+追问+抠字”的问题链,每轮配可执行的抠字动作与费曼讲解任务,逼你用自己的话把“温度是什么、为什么不能凭感觉判断、液体温度计靠什么原理测温、摄氏温度怎样规定、温度计该怎样正确使用、各种各样的温度计各有什么特点”讲清楚;每部分末尾双保险(动态打断自查+误区预警+极简实验)兜底,最后全局费曼闭环。
教材结构:
本节按“问题(两根手指对同一杯温水的冷热感觉)→温度(冷热程度)→温度计(想想做做·自制温度计、液体热胀冷缩、图3.1-3几种温度计)→摄氏温度(0 °C与100 °C的规定、读写、常见温度值)→温度计的使用(量程与分度值、实验·用温度计测量水的温度、使用要点)→科学世界(各种各样的温度计:玻璃体温计、电子体温计、红外体温计、热电偶温度计、辐射温度计)→练习与应用(6题)”展开。
使用规则:
五列表格从左到右读:轮次→教材关键句(含定位)→问题链(追问/抠字)→抠字动作+费曼任务(动手做、动嘴讲)→参考答案。先盖住“参考答案”自己答,再对照;每完成一部分做“动态打断自查”,有漏洞立刻回看对应轮次。
知识主线:
温度表示物体的冷热程度,仅凭感觉判断冷热不可靠→测量温度要用温度计,家庭和实验室常用的液体温度计根据液体热胀冷缩的规律制成(细管把微小的体积变化放大)→温度计上的 °C 表示摄氏温度:标准大气压下冰水混合物为 0 °C、沸水为 100 °C,中间分100等份、每份 1 °C(人的正常体温约 37 °C、漠河最低 -53 °C、太阳表面约 6 000 °C、液氮可低于 -196 °C)→正确使用温度计(选量程与分度值、玻璃泡全浸不碰壁底、示数稳定再读、视线与液面相平)→各种各样的温度计(体温计的狭道、电子体温计、红外体温计、测高温的热电偶温度计与辐射温度计)。
第一部分 温度与温度计
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| 把两只手指分别放入热水和冷水中。过一会儿,再把这两只手指同时放入温水中(图3.1-1)。手指对“温水”的冷热感觉相同吗?……生活中,人们常常需要了解物体的冷热程度。物理学中通常用温度(temperature)来表示物体的冷热程度,热的物体温度高,冷的物体温度低。温度和人们的生活息息相关。通过节前“问题”栏目中的实验你会发现,两只手指对同一杯“温水”的冷热感觉是不同的。这说明,要准确地判断物体的冷热程度,仅凭感觉是不行的。如何准确地了解和测量物体的温度呢? | ①两只手指对同一杯“温水”的冷热感觉相同吗?②这说明什么?③物理学中用什么表示物体的冷热程度?④仅凭感觉能准确判断温度吗? | 抠“温度(temperature)”“冷热程度”“仅凭感觉是不行的”“测量物体的温度”。任务:动手做“冷热水感温”实验,得出结论“仅凭感觉不可靠,需要用温度计测量”。 | 把两只手指分别放入热水和冷水中,过一会儿再同时放入温水中,两只手指对同一杯“温水”的冷热感觉是不同的——这说明仅凭感觉判断物体的冷热程度不可靠。物理学中通常用温度(temperature)来表示物体的冷热程度,热的物体温度高、冷的物体温度低;要准确地了解和测量物体的温度,就要用测量温度的工具——温度计。 |
| (想想做做)在小瓶里装满带颜色的水。给小瓶配一个橡皮塞,橡皮塞上插进一根透明的细管,使橡皮塞塞住瓶口,如图3.1-2所示。将小瓶放入热水中,观察细管中水柱的位置,然后把小瓶放入冷水中,观察水柱的位置。想一想:自制的温度计是根据什么原理测量温度的?要想测出具体的温度值,需要怎么做?……家庭和实验室里常用的液体温度计是根据液体热胀冷缩的规律制成的,里面的液体有的用酒精(乙醇),有的用煤油。……图3.1-3是几种温度计:甲为实验室用温度计,乙为寒暑表,丙为电子数显温度表。 | ①小瓶放入热水、冷水时,细管中水柱的位置怎样变化?②自制温度计是根据什么原理测量温度的?③温度计的玻璃泡和细管分别起什么作用?④要想测出具体的温度值,还需要怎么做? | 抠“液体热胀冷缩”“细管中水柱的高度变化”“要想测出具体的温度值”。任务:动手自制温度计,说出“液体热胀冷缩”的原理与“细管把微小体积变化放大”的作用。 | 把小瓶放入热水中,瓶内液体受热膨胀、细管中水柱升高;放入冷水中,液体遇冷收缩、水柱降低。自制温度计是利用液体热胀冷缩的规律测量温度的:温度升高时液体体积增大,细管中液柱升高(细管很细,能把微小的体积变化放大,便于观察)。家庭和实验室常用的液体温度计就是根据液体热胀冷缩制成的,里面的液体有酒精(乙醇)、煤油等。要想测出具体的温度值,还需要在细管上标上刻度(图3.1-3 的甲、乙、丙分别是实验室用温度计、寒暑表、电子数显温度表)。 |
动态打断自查:
能不能说出“仅凭感觉判断冷热不可靠”?能不能说出温度的含义?能不能说出自制温度计的原理与“细管放大”的作用?全过进第二部分。
误区预警(中考高频):
①以为“冷热感觉就是温度”(感觉不可靠,要用温度计测量)。
②把自制温度计的原理说成“液体变多或变少”(是液体体积随温度变化,即热胀冷缩)。
③忽视细管的作用(它把微小的体积变化放大,便于观察)。
④把“温度计”只看成“一根玻璃管”(它由玻璃泡、细管、测温液体和刻度等组成)。
极简实验 · 生活现象检验:
按教材做一个“自制温度计”(小瓶装满带色水、瓶口橡皮塞插一根细管),分别放入热水和冷水,观察细管中水柱位置的升降。
第二部分 摄氏温度
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| 温度计上的符号 °C 表示的是摄氏温度。摄氏温度是这样规定的:把在标准大气压下冰水混合物的温度定为0 摄氏度,沸水的温度定为100 摄氏度,分别用“0 °C”和“100 °C”表示;将0 °C和100 °C之间分成100个等份,每个等份代表1 °C。……人的正常体温是37 °C 左右(口腔温度),读作“37 摄氏度”;黑龙江漠河2023 年1 月的最低气温是-53 °C,读作“负53 摄氏度”或“零下53 摄氏度”。……温度的范围很广。例如,氢弹爆炸中心的温度超过107 °C;太阳表面的温度约为6 000 °C;用作深度制冷剂的液氮温度可低于-196 °C,千万不能用手直接触碰液氮,必须戴专门的防冻手套。 | ①摄氏温度是怎样规定的(0 °C、100 °C 与“分成100个等份”)?②“37 °C”“-53 °C”分别怎样读?③请举例说明温度的范围很广。④为什么不能用手直接触碰液氮? | 抠“°C 表示的是摄氏温度”“冰水混合物的温度定为0 摄氏度”“沸水的温度定为100 摄氏度”“每个等份代表1 °C”“负53 摄氏度”“零下53 摄氏度”。任务:复述摄氏温度的规定与两种读法;举出几个常见温度值。 | 温度计上的符号 °C 表示摄氏温度。摄氏温度的规定:在标准大气压下,把冰水混合物的温度定为0 摄氏度、沸水的温度定为100 摄氏度,分别记作 0 °C 和 100 °C;把 0 °C 与 100 °C 之间分成100个等份,每个等份代表 1 °C。人的正常体温约 37 °C(读作“37 摄氏度”);漠河最低气温 -53 °C,读作“负53 摄氏度”或“零下53 摄氏度”。温度的范围很广:氢弹爆炸中心超过 107 °C,太阳表面约 6 000 °C,液氮可低于 -196 °C(不能用手直接触碰,必须戴专门的防冻手套)。 |
动态打断自查:
能不能说清摄氏温度的规定(0 °C、100 °C 与分100等份)?能不能正确读、写 37 °C 与 -53 °C?能不能举出几个常见温度值并说出液氮的使用注意?全过进第三部分。
误区预警(中考高频):
①把 °C 读成“度”而漏掉“摄氏”,或把负温度读法弄混(“负53 摄氏度”“零下53 摄氏度”)。
②把冰水混合物定为 100 °C、沸水定为 0 °C(说反了)。
③把“分成100个等份”误解成“0 到 100 之间只有100个整数值”(是分成100个等份、每等份 1 °C)。
④以为“温度可以无限低”(液氮可低于 -196 °C,但存在下限 -273.15 °C)。
极简实验 · 生活现象检验:
查一查自己家冰箱冷藏室、冷冻室的温度设定,说说各适合保存哪些食物。
第三部分 温度计的使用
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| 使用温度计时,首先要看清它测量的范围。如果待测的温度过高或过低,超出了温度计所能测量的范围,就要换用一支范围合适的温度计,否则温度计可能会损坏,或者测不出温度。另外,还要看清温度计的分度值,也就是一个小格代表的值,以保证读数正确。……观察图3.1-3中的实验室用温度计和寒暑表,说出它们能测量的范围和分度值各是多少。为什么会这样设计?……(实验·用温度计测量水的温度)分别向烧杯中倒入冷水、温水和热水,用温度计测量它们的温度,记录测量结果。……通过以上实验,我们总结出正确使用实验室用温度计测量液体温度时的几个要点。1. 温度计的玻璃泡应该全部浸入被测的液体中,不要碰到容器底或容器壁。2. 温度计的玻璃泡浸入被测液体后要稍微等一会儿,待温度计的示数稳定后再读数。3. 读数时温度计的玻璃泡要继续留在液体中,视线要与温度计中的液面相平。 | ①使用温度计前要先看清哪两项?为什么?②图3.1-3中实验室用温度计与寒暑表的量程、分度值各是多少?为什么这样设计?③测量液体温度时,玻璃泡应怎样放置?④为什么要“稍微等一会儿、示数稳定后再读数”?⑤读数时要注意什么? | 抠“看清它测量的范围”“分度值”“玻璃泡应该全部浸入被测的液体中”“不要碰到容器底或容器壁”“示数稳定后再读数”“视线要与温度计中的液面相平”。任务:按“选(量程、分度值)→放(玻璃泡全浸、不碰壁底)→看→读(示数稳定、视线相平)”复述使用要点。 | 使用温度计前,要先看清它测量的范围(量程)——待测温度超出测量范围时要换用合适的温度计,否则可能损坏温度计或测不出温度;还要看清分度值(一个小格代表的值),以保证读数正确。测量液体温度时:①温度计的玻璃泡应全部浸入被测液体中,不要碰到容器底或容器壁;②玻璃泡浸入后要稍微等一会儿,待示数稳定后再读数;③读数时玻璃泡继续留在液体中,视线与温度计中的液面相平。(可迁移使用刻度尺的“选、放、看、读、记”方法,理解测量工具的使用规范。) |
动态打断自查:
能不能说出使用温度计前要先看清量程和分度值、并说明原因?能不能说出测量液体温度的三个要点(玻璃泡全浸不碰壁底、示数稳定再读、读数时视线与液面相平)?全过进第四部分。
误区预警(中考高频):
①不看清量程就用(可能损坏温度计或测不出温度)。
②玻璃泡碰到容器底或容器壁(测到的不是被测液体的温度)。
③不等示数稳定就读数(读数不准)。
④读数时把温度计拿出液面(示数会变化、读数不准),或视线没有与液面相平(造成读数误差)。
极简实验 · 生活现象检验:
用温度计分别测量一杯热水、一杯冷水和一杯室温水的温度,练习“玻璃泡全浸、稍等稳定、视线与液面相平”的规范操作。
第四部分 各种各样的温度计(科学世界)
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| 玻璃体温计是接触式测量方式的代表。……通过在温度计的玻璃泡和直玻璃管之间制造一处具有特殊结构的狭道(图3.1-5),专用的体温计就诞生了。测体温时,玻璃泡内的水银随着温度升高,发生膨胀,通过狭道挤入直玻璃管。读数时将体温计拿离人体,水银变冷收缩,狭道处的水银断开。因为直玻璃管内的水银不能退回玻璃泡内,所以此时的示数表示的是人体的温度。要使已经升上去的水银再回到玻璃泡里,可以拿着体温计用力向下甩,把水银甩下去(其他温度计不允许甩)。根据人体温度的变化情况,玻璃体温计的刻度范围通常为35~42 °C。……电子体温计通过液晶屏可以直接显示体温(图3.1-6)。……新式红外体温计(又叫测温枪,图3.1-7)比玻璃体温计的使用更加卫生、便捷。……与体温相比,生产生活中有的温度很高。例如,炼铁时的温度高于1 000 °C。这时因为玻璃会熔化,所以不能使用通常的温度计。……人们根据这个原理制造出了热电偶温度计,它能直接放入高温炉里测温(图3.1-8)。辐射温度计也能测量上千摄氏度甚至上万摄氏度的高温。 | ①玻璃体温计靠什么特殊结构做到“离开人体还能读数”?为什么它可以甩、其他温度计不允许甩?②玻璃体温计的刻度范围是多少?③电子体温计、红外体温计各有什么优点?④测量炼铁等高温时,为什么不能用通常的温度计?应该用什么温度计? | 抠“狭道”“水银变冷收缩,狭道处的水银断开”“不能退回玻璃泡内”“用力向下甩”“35~42 °C”“红外体温计……更加卫生、便捷”“炼铁时的温度高于1 000 °C”“热电偶温度计”“辐射温度计”。任务:说出体温计的“狭道”原理与三种体温计的特点;说出两种可测高温的温度计。 | 玻璃体温计的玻璃泡与直玻璃管之间有一处特殊结构——狭道:测体温时水银受热膨胀、通过狭道挤入直玻璃管;拿离人体后水银变冷收缩、在狭道处断开,直玻璃管内的水银不能退回玻璃泡,所以示数仍表示人体的温度(要使水银回去,只能用力向下甩,其他温度计不允许甩)。玻璃体温计的刻度范围通常为 35~42 °C。电子体温计用液晶屏直接显示体温;红外体温计(测温枪)是非接触式、使用更卫生便捷。测量炼铁(温度高于 1 000 °C)等高温时,玻璃会熔化、不能用通常的温度计,可用热电偶温度计(两根不同金属线组成闭合环路,只有一个接头被加热时环路里产生电流,温差越大电流越大)或辐射温度计(用光学方法测定物体的辐射,进而得知温度,可测上千至上万摄氏度)。 |
动态打断自查:
能不能说清玻璃体温计“狭道”的作用?为什么体温计可以甩、其他温度计不允许甩?能不能说出电子体温计、红外体温计和两种高温温度计的特点?全过进第五部分。
误区预警(中考高频):
①以为体温计“离开人体后示数会下降”(狭道使水银不能退回,示数保持)。
②对体温计“用力向下甩”(其他温度计不允许甩)。
③把红外体温计说成“接触式”(它是非接触式)。
④以为测量高温也可用普通玻璃液体温度计(高温下玻璃会熔化,应改用热电偶温度计、辐射温度计等)。
极简实验 · 生活现象检验:
观察一支玻璃体温计(或电子体温计),找出“狭道/探头”等结构,测一测自身体温,读一读示数。
第五部分 练习与应用(6题)
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| 1 在进行实践活动展示时,两位同学都带来了自制的温度计,如图3.1-9所示。他们所用的玻璃小瓶相同,里面装满同种带颜色的水,在小瓶口的橡皮塞上各插进一根吸管。观察这两支自制温度计的结构,你认为哪一支温度计对温度的反应更灵敏?为什么?2 图3.1-10中各温度计(温度单位都是摄氏度)的示数分别是多少? | ①题1两支温度计哪里不同?哪一支更灵敏?为什么?②题2读数时,图3.1-10甲、乙、丙各是多少摄氏度? | 抠题1“哪一支……反应更灵敏”“为什么”、题2“示数分别是多少”。任务:题1从“体积变化量=吸管横截面积×液柱高度变化”推理;题2按分度值读出示数。 | 题1:两支自制温度计玻璃小瓶相同、都装满同种带颜色的水,只是吸管的粗细不同——吸管越细,温度计对温度的反应越灵敏。因为小瓶相同、装的水相同,测同一温度时水的体积变化量相同,而体积变化量等于吸管横截面积与吸管中液柱高度变化量的乘积,所以吸管越细(横截面积越小),液柱高度变化越大,灵敏度越高。题2:图3.1-10甲、乙、丙的示数分别是 -5 °C、9 °C、12 °C。 |
| 第7轮·练习3~4(温度—时间图像/双金属片温度计) | 3 在教室里挂一支寒暑表,在每节课前测出教室的温度,将数据记录在表格中。以时间为横轴、温度为纵轴,在图3.1-11上描点并分别画出晴天及阴天两种天气的温度—时间图像。通过比较,你能发现这两种天气温度变化的规律吗?4 不同物质在升高相同温度时,膨胀的多少通常是不同的。如果把铜片和铁片铆在一起,当温度变化时这样的双金属片就会弯曲。市场上有一种指针式寒暑表(图3.1-12),就是用双金属片作为感温元件的。怎样用上述原理制成温度计?请画出你的设计草图。 | ①题3怎样用图像描述温度随时间的变化?晴天、阴天的图像有什么不同?②题4双金属片为什么会在温度变化时弯曲?怎样用它制成温度计? | 抠题3“以时间为横轴、温度为纵轴”“描点”“温度—时间图像”“发现……规律”、题4“感温元件”“画出你的设计草图”。任务:题3按实际数据描点画图并比较规律;题4说出双金属片温度计的设计思路。 | 题3:按实际测量的数据,以时间为横轴、温度为纵轴描点,分别画出晴天和阴天两条温度—时间图像,再比较两条图线随时间变化的情况(如晴天温度变化幅度较大、阴天温度变化较平缓等),根据实际数据总结规律。题4:用两种膨胀系数不同、彼此又牢固结合的金属制成双金属片作为感温元件;感温元件一端固定,另一端连接指针轴。当被测物体温度变化时,两种金属由于膨胀系数不同,会使双金属片的弯曲程度发生变化,通过指针轴带动指针偏转,直接显示温度值。 |
| 第8轮·练习5~6(热力学温度换算/电子体温计注意事项) | 5 科学研究表明,无论采用什么方法降温,温度也只能非常接近-273.15 °C,不可能比它更低。能不能以这个温度为零度来规定一种表示温度的方法呢?如果它每一度的大小与摄氏度相同,那么这两种温度应该怎样换算?6 图3.1-6是一种电子体温计,其尖端金属部分是体温计的探头。请参考实验室用温度计的使用要点,编写使用电子体温计的注意事项。 | ①题5能否以 -273.15 °C 为零度规定一种温标?它与摄氏度怎样换算?②题6电子体温计在使用前、测量时、测量后分别要注意什么? | 抠题5“-273.15 °C”“以这个温度为零度”“怎样换算”、题6“探头”“参考……使用要点”“编写……注意事项”。任务:题5说出热力学温度及其与摄氏温度的关系;题6按“测量前、测量时、测量后”编写注意事项。 | 题5:可以——以 -273.15 °C 为零度规定的温标叫热力学温度(用 T 表示,单位是开尔文、简称开,符号是 K)。热力学温度 T 与摄氏温度 t 的换算关系是 T=t+273.15 K。题6(示例):分为测量体温前、测量体温和测量体温后三个方面——测量前应清洁探头、确认体温计电量正常并处于待测状态;测量时把探头对准(紧贴)被测部位,保持一定时间、待示数稳定后读数,不要触碰其他物体干扰;测量后清洁(消毒)探头并妥善放置。可参考实验室用温度计“选、放、看、读、记”的使用要点来编写。 |
动态打断自查:
练习1~2(吸管越细越灵敏、示数 -5/9/12 °C)能否答对?练习3~4(温度—时间图像、双金属片温度计)能否作答?练习5~6(热力学温度换算、电子体温计注意事项)能否说明?全过即达标。
误区预警(中考高频):
①题1只答“吸管细更灵敏”,不说明“体积变化量相同、横截面积越小液柱变化越大”的理由。
②题2读数时看错分度值或漏掉负号(甲是 -5 °C)。
③题4把双金属片的原理说成“金属受热变长”(是两种金属膨胀系数不同、使双金属片弯曲)。
④题5把换算写成 T=273.15−t,或漏掉单位 K。
极简实验 · 生活现象检验:
连续几天在早、中、晚各测一次家中或教室的气温,画出“温度—时间图像”,看看自己能不能从图像中发现温度变化的规律。
阅读后:费曼式闭环检验
自我诊断报告:
√ 能讲清的部分:____________
× 薄弱环节(2-3个):____________
— 盲点原因:概念混淆?只会背不会用?还是没例子?
追加实战追问(能答对才算真懂):
- 物理学中用什么表示物体的冷热程度?为什么不能仅凭感觉判断?
- 常用液体温度计是根据什么原理制成的?细管起什么作用?
- 摄氏温度是怎样规定的?怎样读、写“37 摄氏度”和“零下53 摄氏度”?
- 使用温度计测量液体温度时,玻璃泡应怎样放置?读数时要注意什么?
- 玻璃体温计的“狭道”有什么作用?为什么体温计可以甩而其他温度计不允许甩?
- 测量炼铁(高于1 000 °C)的高温,为什么不能用普通的玻璃液体温度计?可以用什么温度计?
- 请用不超过三句话总结本节,并说说“温度”与“温度计的使用”在本章(物态变化)中的地位。
极简重述任务:用不超过 3 句话讲给完全没学过的人听。
参考框架:
①物理学中用温度表示物体的冷热程度——仅凭感觉判断冷热是不可靠的(两根手指对同一杯温水的冷热感觉就不同),要准确测量温度就要用到温度计。
②家庭和实验室常用的液体温度计是根据液体热胀冷缩的规律制成的:温度升高、液柱升高,细管能把微小的体积变化放大;温度计上的 °C 表示摄氏温度,规定标准大气压下冰水混合物为 0 °C、沸水为 100 °C,中间分成100个等份、每份 1 °C。
③使用温度计要按“选、放、看、读、记”来:先看清量程和分度值;测量时玻璃泡全部浸入液体、不碰容器底或壁;待示数稳定后读数,读数时玻璃泡继续留在液体中、视线与液面相平。此外,体温计靠“狭道”做到离开人体仍能显示温度;测量高温要用热电偶温度计、辐射温度计等。
信源说明:教材原文取自《义务教育教科书·物理八年级上册》(人教版2024版)第三章第1节《温度》;教学目标、教学重点、教材分析与教学建议、教学片段以及练习答案。
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