电子学4-小冰箱

小小发明家系列课讲义电子学模块第四讲：小冰箱一、课程目标知识学习目标：1.重点掌握物态变化的吸热和放热过程吸（固态→液态→气态放（气态→液态→固态；2.重点了解半导体制冷片（T）制冷的原理：通电后一端吸热一端放热；3.一般了解家用冰箱的工作原理；4.一般了解其他制冷方式。探究学习目标：1.通过“保温箱”互动游戏理解发热和隔离热量的区别2.通过制冷之父的名人故事激励学生坚持自己的爱好和理想不放弃3.通过物态变化相关实验演示和互动参与激发学生主动思考探索，体验科学的乐趣火星盒子制作目标：1.观察和认识小冰箱的组成部分2.在教师指导下动手组装完成小冰箱制作3.通过小冰箱的制作，掌握小冰箱的结构及使用方法二、课堂组织形式1.组织趣味互动游戏2.问答式课堂互动3.随堂趣味测试题4.融入趣味故事讲解5.设计互动探究实验6.火星盒子制作演示和指导7.课后习题巩固三、课堂准备名称内容来源备注1PPT课件课程全流程演示文稿火星人课件2组装制作说明视频组装制作的说明视频火星人备课视频组装流程视频说明3互动游戏保温游戏：泡沫箱子、冰水、热水物态变化吸热——冰水水扇（纸或书、酒精、酒精棉、杯子、热水教师自备生活中获得4互动实验教具制冰机火星教具/教师自行采购准备（使用方法参考火星人备课视频）如无此设备，可用小冰箱里的TEC制冷片替代。自制食物保鲜器：盆子、小型菜篮子、冰水、食物盘、食物、毛巾物态变化：放热——盆子、热水、酒精、塑料袋需教师自己准备（详细方法参考火星人备课视频）5学生组装器材及工具火星盒子——小冰箱（每人一套、螺丝刀火星盒子需按学注意事项：生数量在商城订购；火星盒子提前收好，需要在理论讲解之后，如果在课前即摆在学生面前，会极大分散学生的注意力，不利于理论知识讲解和课堂互动。6课后习题考核本科学习知识点，客观题+主观题本讲义附件部分四、详细上课流程本节课括课热和8步具体：（）通过星故介绍本课的背景，复习课的知，时长在5分钟内。（）第-5步为论讲解时长需在0分钟内，过自制藏柜课堂主，通屋保暖解保意义通实验掌握物变化热放热过程“制之父的励志明故最后通实验认识EC制冷的理。（）第6步为动手操组装小冰箱需教导、维秩序证安全时长在-0分钟。（）第7步为总结，长为0钟。（）第8步为作业布，把内容延到生。上课步骤主要内容注意事项【课堂预热】背景引入【对应PPT】火星来信【时长】2min【情景引入-火星来信】小火星人来到地球上爱上了地球上的食物这不昨天又买了酸菜鱼，结果家里的冰箱坏了这鱼没有吃完放在房间里结果今天就馊了，小火星很苦恼，他问我难道没有冰箱，食物就没办法过夜了吗？（1）不要在课程开始时发给学生盒子器材，会分散学生注意力。（2）本节课制作很容易，课堂实验与互动要充分的发挥【课堂预热】复习巩固【对应PPT】内容【时长】3min【衔接话术】上节课我们学习了温度和湿度，知道了温度越高的物体分子运动越活跃，而夏天高温高湿的环境适宜细菌生长和放置，所以夏天带汤的饭最容易馊对不对那上节课的内容你们还记得多少呢？一起看看吧。【提问】根据PPT提出相应问题并做知识回顾【第1步】自制冷藏柜【对应PPT“自制藏柜”部分【时长】5in【提问】那么没有冰箱的话，我们怎么给食物温度降下来呢？（1）通过小火星的烦恼引入本节课的主要内容——物态变化【话术衔接】其实很久之前没有冰箱的时候，人们就想到一种自制冷藏柜的办法了，大家看我手里的材料，能猜出来是怎么做的吗？【实验/游戏】材料准备：盆子、菜篮子、一瓶冰水、毛巾、餐盘、温热的食物比如馒头之类的、杯子实验过程1把食物放在盘子里并盘子放进盆子里菜篮子扣在食物盘上2、把毛巾用冷水打湿，盖在菜篮子上3、在盆里加冰水使水面没过毛巾和菜篮子边缘但是不能超过食物盘子、静止20分钟（此段时间可以先讲下边的内容）备注实验现象和总结放在讲完物态变化的之后作为随堂测试的内容让学生总结。【第2步】认识保温箱保温的原理【对应PT“冰屋也能保暖？”部分【时长】5-8in【话术衔接我们刚才的实验里用冰水的目的是什么啊？降温对不对，提到冰大家都会觉得很冷以前人们也是靠冰降温但21世纪的今天，竟然有人用冰块来取暖，你们信吗？【讲解】在北极附近冰天雪地里住着一群人，称作爱斯基摩人，这里除了冰雪就没别的，风特别的冷，怎么办呢？人们就用冰建造成了房子，就是冰屋，这样冷风就吹不进来了。然后他们就躺在一张大冰床上睡觉，那冰床会不会融化呢？人一觉醒来发现床没了，自己泡在水里，有没有这个可能性呢？其实并不会，原因非常简单，我们一起看一下。【实验/游戏】材料准备：小型泡沫箱、冰块（一瓶冰水也可以、一杯热水实验过程：1、让学生闭眼或者转过去，不能看；2、把冰块放进泡沫箱，然后让学生摸泡沫箱外边感受冷热；3、把冰块取出把热水放入泡沫箱同样让学生摸泡沫箱感觉冷热；4、问学生两次的感受温度有差异吗？实验总结：泡沫箱的隔热效果很好，不管是冷气还是热气，放在泡沫箱里，都没有办法传递出去了，所以人手感觉不到冷热。【讲解】冰床也是一样的道理，爱斯基摩人晚上睡觉时也会在床上铺上厚厚的树枝和棉被，然后睡在动物皮毛做的睡袋里，在冰床上也可以睡得十分温暖。是因为这些树枝、动物毛皮等等会把人和冰完全分开，人体的热量都留在了睡袋里，根本传不到冰床上，所以床不会融化，人也不会觉得冷。备注：可以准备眼罩【随堂小测试】【提问】冬天盖棉被觉得暖和，是棉被给人量了？【讲解】棉被不会自己发热，人盖棉被觉得暖和是因为自己发热。如果把棉被盖在冰块上可以减慢冰块熔化。【第3步】了解物态变化【对应PPT“物态化”部分【时长】15-0min【衔接话术】刚才我们做的自制冷藏柜里有很多冰块，那么如果这个自制冷藏柜放一夜，里边的冰块会一直保存吗？会经历什么样的变化？【讲解】从冰块的固态变成冰水的液态，再变成气态跑到空气里，固态、液态、气态是物质的三种状态，它们之间可以相互转化。怎么转化呢？我们来做个小游戏备注解释一下这里说固态不说固体是因为同一个物质比如水的三种不同状态，所以是固态、液态、气态【实验/游戏】材料准备：冰水、水、扇子（纸或书、酒精、酒精棉游戏过程：1、提问如何利用上边的物品给自己降温？2、孩子们自行操作，如冰块放手里、扇扇子、洒水、抹酒精等等；3、收回物品，提问为什么凉快了？游戏总结：让做出不同操作的学生解释自己为什么这么做？1、冰块在手中之所以会熔化是因为手的温度比冰块高冰块觉得好暖和啊，于是吸收了手上的热量变成了水，手就觉得凉了。水继续吸备注让学生都操作起来小班班级让每个人都说说自己这么做的原理，大班则挑选几名学生注意挑选的学生水平要有参差差异。收手和空气中的热量，慢慢蒸发变成水蒸气，这个过程叫做汽化，所以最后手上没有了水分，但是手凉快了；2、酒精挥发也是一样的道理把酒精涂抹到手上酒精迅速的把手上的热量吸收了，然后酒精获得热量后就蒸发了，从液态变成了气态，手变凉快了，也是汽化；、扇扇子是因为加快了人身上的汗液蒸发，带走了人身体上的热量，所以凉快。【随堂小测试】取出“给食物降温”的实验半成品，观察现象并总结原因。1、取出食物，看食物的温度是不是降低了；、原因是冰水在毛巾上蒸发，带走了食物的热量。总结：如果把冰块放进冰窖里它还会融化吗？冰块变成水、水变成水蒸气，都是因为外界的温度比它们高，它们吸收了热量，才能完成华丽丽的变身。夏天有时爸爸妈妈喜欢把西瓜这些水果放在冷水里冰一冰也是一样的道理。【衔接话术】那么如果反过来呢？水蒸气变成液态水，水变成冰块，是要吸热还是放热呢？一起来看个实验。【实验/游戏】材料准备：盆子、热水、塑料袋、酒精实验过程：1盆子里装热水在塑料袋里装少许酒精，放入热水中等待酒精完全蒸发；2、把塑料袋取出，静置一会或者在冷水里泡一泡；3、塑料袋子里的酒精又变回液态了。4、提问为什么酒精又变回液态了这中间是吸收了周围的热量还是放出了热量。实验总结：通过前边的知识我们知道了，酒精放在热水里之所以会消失了，是因为热水温度高，酒精吸收了热水的热量变成了气态；那么为什么把袋子取出来用冷水泡一泡，酒精又被打回原形了呢？有的同学已经说到了，因为冷水比较冷。特别棒，其实就是这样的，当我们用冷水炮酒精袋子时，酒精的热量就会被冷水吸走，正在热头上的酒精热量一下被抽走，瞬间就冷静了下来，又变回了液态，这个过程叫做液化。同样道理，我们想要把水变成冰块，是要给它加热呢还是把它的热量拿走呢？当然是拿走对不对，让它变冷是不是才能冻成冰，所以水需要把热量放出去才能变成冰对不对，水变成冰的过程叫做凝固。所以反过来物体想要从气态变成液态，液态变成固态是需要放热的。【讲解】结合PPT图文总结物态变化的吸热和放热过程【随堂小测试】小明放学回家时在路上和小伙伴们一起买冰棒，其他小朋友都自己吃了，但是小明想回家以后带给妈妈吃，结果到了家里冰棒化成了一袋冰水了，小明很难过，妈妈安慰他说“别担心，妈妈有办法于是又把冰水放进了冰箱冷冻了一会结果再取出来的时候冰棒又回来啦，请问以上过程中冰棒都经历了什么样的变化？【讲解】小明在路上时冰棒吸收了外界的热量，融化成了冰水；妈妈把冰水放入冰箱冷冻后，冰水的热量被带走，释放了热量后又凝结成了冰棒。【第4步】了解冰箱制冷来源及原理【对应PPT“冰箱冷的秘密”部分【时长】5-8mn【衔接话术】但是炎热的夏天已经不是一块冰块能解决的了，那么我们的冰箱、空调又是怎么降温的呢？又是什么时候发明的呢？现在经常听见人说，这个夏天要感谢两个人——后羿和开利，后羿大家认识吗？想必都听说过后羿射日的传说，后羿射掉了9个太阳让我们不被晒死，那开利又是谁呢？为什么要感谢他。原来他就是制冷之父，是我们现在用的冰箱啊、空调啊这些电器制冷的鼻祖。此部分选讲班级孩子理解力强的可以讲，否则可以不讲关于冰箱的原理：一般来说只有外界温度比较高的时候物体才会吸热对不对，比如冰块融化外界温度比物体低的时候就会放热但是冰箱好像反了冰箱里温度已经很低了但是制冷剂还是会吸收冰箱里的热量这是为什么呢？原来冰箱里有个很神奇的东西叫做蒸发管里边的压力很小当液态的冷凝剂流进来的时候，就会膨胀变成气体这个过程就需要吸收热量来完成所以尽管冰箱里的温度比【故事】见附件二。【讲解】传统冰箱制冷的原理：直到现在我们家里的空调和冰箱很多也是这样的原理，只是里边装的不再是水了，而是比水更容易蒸发的液态的制冷剂，制冷剂液体从外边流过冰箱里边的蒸发管时，吸收大量的热量变成气态，冰箱内温度变低；但是怎么循环利用呢？变成蒸气之后就丢了吗？然后一直往冰箱里加制冷剂这样吗？当然不是，而是压缩机就会不断把蒸发管中的气抽走体，把它们再压缩成液体，这个时候制冷剂就会放出大量的热量，通过管道排到冰箱外部。简单来说，就是制冷剂通过在气态和液态的变化中把冰箱里面的热量搬到了冰箱外头。它低它还是会吸收冰箱里的热量。【第5步】了解C制冷及其他制冷方式【对应PPT“C制冷及其他制冷方式”部分【时长】5-8mn【衔接话术】我们今天要做的小冰箱用的是物态变化吗？并不是，因为个头太小啦，没办法装制冷剂，那我们用的是什么呢，又能冷到什么程度呢？老师手里拿了一个比较大的成品，我们来一起看下效果。【实验/游戏】材料准备：制冰机、常温水实验过程：1、把制冰机通电并放入水2、让学生触摸制冰机的两侧，感受温度3、静置5分钟，等待结冰（等待过程可继续讲课）实验总结：制冰机一端热。一端冷。【讲解】制冰机里有一个TEC制冷片，里边是半导体，我们以后再学习，TEC制冷片的特点就是通电后会一端吸热、一端放热。【话术衔接一般的冰箱冷冻在零下18度而TEC制冷片最低制冷能达到零下130度，就是咱们这种小型的TEC也能达到零下二十几度。你觉得如果把人冻在零下20多度的冰箱里人能活多久（学生自由回答）【讲解老师最近听说一件事一个小动物在冰箱里冻了20年又活了，你们信吗？这是真实的事情，这个动物就是水熊虫，长度不到1毫米，人眼都看不到，放大以后看起来像一只可爱的熊，生命力特别顽强，放到液氮里冻几个小时还能活，同学们还记得液氮温度有多低吗？零下196度。那么人工制冷还有没有比液氮温度更低的呢？有，一种是用磁制冷，最低温度可达零下269度；还有一种用激光制冷，温度达到了目前人类创造的最低温就是非常非常接近零下273.15度。只能说，科技的进步是无限的啊。【第6步】动手制作小冰箱【对应PPT“开始手制作啦”部分【视频辅导】此时可以播放/暂停组装说明视频作为指导。【时长】40-0in①指导学生打开包装盒，将零件分类摆放整齐在自己前方桌面上。②认识元器件TC制冷片：通电后一端吸热、一端放热③认识连线图连线方式：TC和排风扇并联在电源接口上④带学生完成组装【第7步】课程总结【对应PPT“今天学到了什么？”部分【时长】10in老师根据pt里的知图谱回顾本节课学习过的知识要点然后带领学生完成课后习题【第8步】课堂结束【对应PPT】谢谢页面让学生回到家里放一个水果在小冰箱里试验效果，送给爸爸妈妈一个自己冻的小水果吧。附一：课后习题及解析1.下列描述中正确的是（）A液氮在空气里慢慢变少是因为汽化成氮气了这个过程中会放出热量．冬天下雪后雪块熔化成水时会放出热量．水凝结成冰时需要吸收热量D．给雪糕盖上棉被可以减慢它的熔化速度2.我们今天制作的小冰箱利用的是哪种制冷方式？（）A．物态变化 ．TC制冷．磁制冷 D．激光制冷3．物质常见的三种状态是 、 、 。4.家用电冰箱制冷的原理是 ；而TEC制冷主要是利用半导体通电后一端 一端 的现象。5.说说身边有哪些物态变化的现象？（如蜡烛熔化，水凝结成霜花等等）6.请问家里的冰箱能当空调用吗？说说你的理由。答案和解析：1.C解析：地球最冷的地方在南极2.D解析：A 错误，液氮汽化成氮气需要吸热B 错误，雪熔化成水需要吸热C 错误，水凝固成冰会放出热量D 正确，棉被可以隔绝雪糕的冷气，减慢雪糕熔化的速度