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初三物理化学跨学科教学案例：探秘热水的冷却

课题名称

热水为什么会变凉？——从宏观现象到微观本质的探究

一、基本信息

-涉及学科：物理（热传递）、化学（分子运动论）

-授课对象：初三学生

-课时：1课时

二、教学目标

1.?物理目标：理解热传递（传导、对流、辐射）是导致物体温度变化的宏观方式；掌握温度测量的基本方法。

2.?化学目标：认识温度是分子平均动能的宏观体现；理解分子热运动与温度的关系。

3.?跨学科目标：建立宏观物理现象（温度变化）与微观化学本质（分子运动）的联系；体验科学探究的过程（提出问题、设计实验、收集数据、分析解释）。

三、教学核心活动：“热水冷却”实验探究

1.情境导入与问题驱动

-教师演示：将等量热水（约60℃）倒入一个玻璃杯和一个保温杯中。

-物理提问：两杯水哪个凉得更快？为什么？（引导思考材料对热传递的影响——传导）。

-化学追问：水变凉的本质是什么？里面看不见的“水分子”发生了什么变化？

2.实验设计与操作

-分组器材：两个相同烧杯、温度计两支、热水、隔热垫、秒表、数据记录表。

-实验步骤：

1.?向两个烧杯倒入等量、等温的热水（约60℃，注意安全）。

2.?立即用温度计测量初始温度（T?），记录数据。

3.?同时开始计时，每隔1分钟记录一次两个烧杯中水的温度。

4.?持续记录10分钟（或直至温度变化显著减缓）。

-变量控制强调：水量、初始水温、环境（室温、无风）、记录时间间隔需保持一致。

3.数据分析与物理原理探究

-学生将数据填入表格，绘制水温随时间变化的折线图。

-引导分析：

-水温变化规律：持续下降，初期下降快，后期变慢。

-热传递途径：

-传导：热量通过杯壁和杯底传递到周围环境；

-对流：水面附近空气受热上升，冷空气补充形成循环；

-辐射：热能以电磁波形式向周围空间散发。

-影响因素：材料导热性、有无盖子、环境温度、空气流动等。

4.微观本质与化学衔接

-关键提问：温度计读数下降，从水分子的角度看，到底意味着什么？

-推理过程：

-温度是物体分子平均动能的标志（化学核心概念）。

-热水温度高→水分子平均动能大→分子运动剧烈（热运动）。

-热量散失到环境→水分子总能量减少→分子平均动能减小→分子运动剧烈程度降低→宏观表现为温度下降。

-澄清误区：水温下降不是水分子数量减少或“跑掉”了（质量守恒），而是水分子运动的平均速度（动能）降低了。

四、小结与整合

-宏观（物理）：热水变凉是热传递（传导、对流、辐射）导致水的内能减少的结果。

-微观（化学）：热传递的本质是能量的转移，水内能减少表现为分子热运动的平均动能降低，宏观体现为温度下降。

-核心联系：温度是分子平均动能的宏观量度，物理现象（温度变化）是化学微观本质（分子运动状态变化）的必然反映。

五、拓展与反思

-拓展：如何设计实验更精确地测量不同因素（如杯壁材料、加盖与否、空气流速）对冷却速率的影响？能否用传感器实时记录温度变化？（融合技术）

-反思：生活中还有哪些现象可以用“宏观-微观”的视角解释？（如蒸发制冷、热胀冷缩等）。