热能及其传递方式的实验设计，本文主要内容关键词为：热能论文,方式论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1.测量温度
温度计是学校和家庭必备的小仪器，体温计在SARS期间更是我们每天使用的小仪器。由它们测量出来的温度，是大家都常用的一个概念。
小实验1：
①你需要准备一件（后续实验需要两件）温度传感装置，如果是电脑控制（采集、显示、保存、分析数据）则更好；②从你自己的身体开始，到教室内外，到教学楼内外，找5件你认为温度不同的物体；③根据你的判断，给每一物体估测一个温度值，把它们从高温到低温顺序编号；④用常见的水银温度计或酒精温度计，测一遍温度，以此再编一次顺序号；⑤使用温度传感器，再测一遍温度，以此再编一次顺序号。⑥三次顺序一样吗？是在情理之中吗？（感觉可能是错的）⑦三遍温度一样吗？为什么？（三种方法的准确度及精确度是不同的）
2.温度是物质的属性
冰箱里的鸡鸭鱼肉是物质，我们喝的啤酒是物质。空气虽然在一般情况下是看不见摸不着的，但同样也是由氧分子、氮分子等物质构成的。脱离了物质，温度也就没有了意义。
小实验2：
①准备好7个小杯子，分别装入玉米粒、玉米碴、玉米面、玉米糊（稠）、玉米糊（稀）、自来水、空（空气）；②提前一天把这7个杯子放入冰箱冷藏室备用；③一次取出一个杯子，使用温度传感器，测量杯子中心位置附近的时间—温度曲线，每次测量时间不短于180秒，并且温度稳定时间不短于30秒。④哪些曲线区别大？哪些曲线区别小？⑤哪些曲线可能没有测量到目标物质的真实温度？（和测温探头没有密切接触）⑥为什么稳定时间（从开始测量到温度稳定）有长有短？（可能和物质密度有关）
3.温度是物质微观内能的宏观表现
一张纸，裁去一半还是一张纸，再裁去一半还是一张纸。但不会永远这样的，最终我们将‘看到’分子和原子。任何一个宏观物质都是由无数分子、原子这样的微观粒子构成的。每一个粒子自身都在做剧烈运动，即使是固体中的分子、原子也在平衡点做剧烈振动。如果把一个正在上课的班级比喻作物质，那么每个同学就对应于一个粒子，同学们在座位上手舞足蹈的大动作就对应于粒子的振动。对应于微观粒子自身运动的这部分能量，被称作物质的微观内能。温度是物质宏观的一个属性，它的高低代表着内部粒子运动的剧烈程度。
小实验3：
①冬日里，找一个没有取暖设施的密闭房间，测量一遍室温；②请你的同学们悄悄进入该房间，装满为止，再测量一遍室温；③请你的同学们就地打转、手舞足蹈、大叫大喊，再测量一遍室温；④把每个同学比喻作一个微观粒子，请你解释一下这个实验的目的。
4.温度的升降意味着能量的得失
生活中我们都有这样的经验，开水灌入暖水瓶里能较长时间保持滚烫（温度基本不变），而倒入水杯后很快就变凉（温度明显下降）。相反，一壶自来水在室内放置一天还是一壶凉水（温度基本不变），而放在煤气灶上一烧很快就变烫（温度明显上升）。
我们已经知道物质的温度和其构成粒子的内能有正对应关系，我们又知道能量是守恒的，所以能量得失必然引起温度变化。（相变点除外）
小实验4：
①用一个不锈钢杯，装一杯凉水（自来水），插入一支“热得快”，通电同时测量杯内水时间—温度曲线；②水开后，断电同时把此不锈钢杯放入半盆凉水中，立即测量杯内及盆内水时间—温度曲线，测量3～5分钟。或温度基本不变后结束。③“热得快”消耗了电能量。这些能量主要被谁得去了？变成了什么形式的能量？因此产生了怎样的宏观效应？初步可以得出什么结论？④在开水被“拔”凉的过程中谁失去内能、谁得到内能？初步还可以得出什么结论？
5.热能传递有三种形式
决定物体温度的这部分内能，我们称其为热能。一方面热能和其它形式的能量是可以互相转化的，另一方面热能在物体内部及物体之间是可以转移的。热能的转移专业术语是热传递。目前，专家们公认热传递只有三种方式，传导、对流、辐射。从前面的例子出发，我们可以猜想出，在没有外力介入的情况下热能总是从温度相对高的物体传递到温度相对低的物体，进而有温度趋同的趋势。
（1）传导
前面我们讨论了，温度实质上是物质内部粒子（分子、原子）运动内能的表现。当我们说空间某一位置温度相对附近较高时，实质上是说该位置上的物质内能较高，也就是粒子运动较剧烈。在物质内部，相邻粒子之间并不完全独立，而是有一定的力学联系的。联系的结果就是，内能较高的粒子失去一部分内能，周围的粒子获得内能。获得内能的粒子，又以同样的形式使他们周围的粒子获得内能，从而实现热能在空间上的传递。以这种方式实现的热能传递，被称作热传导。
小实验5：
①拜家长或同学朋友为师，事先学会调一杯双色鸡尾酒或饮料；②在玻璃杯外做上记号，记下两种原料的中心高度；③实验前一天，把低层原料放入冷藏室做降温处理；④在玻璃杯内固定好两个温度探头，分别对应杯外记号高度；⑤把上层原料放入微波炉做升温处理；⑥开始测量时间—温度曲线；⑦快速调你的鸡尾酒；⑧当两处温度都不再变化，或已经相同，结束测量。⑨鸡尾酒的颜色基本没有变化，所以两层饮料基本是稳定的。请你试着解释这个实验。
（2）对流
在热传导的同时，如果物体或物体的一部分发生了空间转移，那么热能也就被从一地带到另一地。以这种方式实现的热能传递，被称作热对流。
小实验6：
①重复上面的鸡尾酒实验，一切准备不变；②开始测量时间—温度曲线；③毫不迟疑地调你的鸡尾酒（注：可能出现的问题正是我们的实验目的），但是进料顺序颠倒，即热的上层原料这次先进入，放在下层，相反冷的下层原料这次后进入，放在上层；④当两处温度都不再变化，或已经相同，结束测量。⑤鸡尾酒在一开始就没有明显上下分层，翻滚中几乎完全失去彼此，溶为一体。请你试着解释这个实验。
（3）辐射
我们都熟悉并认可“地球上万物生长靠太阳”的说法。这个说法如果改成更科学严谨的说法，可能应该是“地球上一切能量都来自太阳的能量”（地热可能是一个例外，可能是地心核反应能量的外逸）。
可是，太阳和地球之间的广阔空间，也就是我们常说的外太空，接近绝对真空。太阳的能量传递到地球上来，既不可能传导过来，也不可能对流过来。所以，肯定还有第三种热传递方式，那就是热辐射。
我们身边所有的物体，都在向外传递热辐射。温度高，向外辐射热能多，因此自身温度下降多；温度低，向外辐射热能少，因此自身温度下降少。进出相抵，结果仍然是热能从温度相对高的物体传递到温度相对低的物体。
小实验7：
①通过一切手段，查找一切可能找到的资料，争取得到全球全年：树木自然增长量，各种主要农作物产量，各种主要海洋水产捕获量，水利、风力发电量，降雨量，等等；②查找资料，找出树木的热比值（燃烧单位体积树木可能得到的最多热能），分别找出各种主要农作物的营养学热比值（摄入单位重量食物可能转化的最多热能），分别找出各种主要海洋水产的营养学热比值，云层平均高度，等等；③根据上面的资料，估算一下全球全年获得的太阳辐射能量应不低于一个什么值；④查找资料，找出科学家估测的全球全年获得的太阳辐射能量值；⑤两相比较缺口有多大？（绝对值和相对值）⑥能量有缺失（不知去向）还是有盈余（不知来源）？⑦在单考虑太阳能的情况下，理论上我们（全人类）全年能源潜力还有多大？
小实验8：
①和保温瓶厂联系，订购一个没有镀银但仍然抽了真空的暖瓶内胆；②给透明暖瓶内安装一个温度探头，灌上开水，盖上盖子，沉入事先准备好的凉水盆内；③测量瓶内及瓶外水温；④当两处温度都不再变化，并已经相近，结束测量。⑤这也是一个凉水“拔”热水的实验，但这次为什么大动干戈，找这么特殊的一个瓶子？请你解释一下这个实验。⑥暖瓶做真空夹层，是为了尽量减少热传导和热对流。请你猜测一下，暖瓶内胆要镀银的理由。
6.热能的利用
热有热能量。既可以直接利用，比如做饭、取暖；也可以转化成其它能量形式，比如机械能、电能。热能被利用需要什么条件吗？需要。
热能多、温度高，不等于有可利用的热能。只有当有温度差时，热能才会发生空间转移，才产生可利用的能量，即成为我们常说的能源。温度差越大，利用价值越大。
小实验9：
①选一个阳光明媚的中午，重做一遍透明暖瓶实验；②这次瓶内装满自来水，放在阳光照射的窗台上；③测量瓶内温度；④当测量时间达到30分钟，并且15秒内已经观测不到温度变化，方可结束测量。⑤为什么水温升到一定高度后就不再升了？⑥最新设计的太阳能热水器的集热管，也是采用中空容器。请你分析一下，采用中空容器在提高水温方面有什么益处。
标签：实验设计论文;