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热胀冷缩

王朝百科·作者佚名  2009-10-25  
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热胀冷缩

热胀冷缩[1]是物体的一种基本性质,物体在一般状态下,受热以后会膨胀,在受冷的状态下会缩小。所有物体都具有这种性质。

(注:水在4℃以上会热胀冷缩而在4℃以下会冷胀热缩。而到冰,密度就只有0.9。这意味着,冰将会浮在水面。锑、铋、镓和青铜等物质在某些温度范围内受热时收缩,遇冷时会膨胀。)

物体受热时会膨胀,遇冷时会收缩。这是由於物体内的粒子(原子)运动会随温度改变,当温度上升时,粒子的振动幅度加大,令物体膨胀;但当温度下降时,粒子的振动幅度便会减少,使物体收缩。

物体都有热胀冷缩的现象,日常生活中我们可以利用这种现象解决一些困难。

学生观察实验

实验1

观察铜球受热、受冷时的体积变化;

动画描述:动画主体是一个用细线吊起的一个铜球,动画背景是一个铁圈,一个酒精灯和一盆冷水。学生首先选用一个恰好能套过铜球的金属圈来确定铜球的大小,然后将铜球放在酒精灯上加热,再将其通过金属圈,接着放在冷水中降温,再通过金属圈来确定铜球受冷受热时体积的变化。

实验2

用气球套住瓶口,观察瓶子受热、受冷时气球的体积变化。

动画描述:动画主体是一个瓶口套有气球的空气瓶,动画的背景是两个分别成有冷水、热水的器皿。学生将空气瓶先放在热水器皿中,观察气球的体积变化,然后放在冷水器皿中,观察气球的体积变化。

3.汇报、交流观察的结果,形成解释

(1)通过实验1,得出铜有热胀冷缩的性质,推测出固体有热胀冷缩的性质。

(2)通过实验2,得出空气有热胀冷缩的性质,推测出所有气体有热胀冷缩的性质。

4.自主归纳

(1)提问:液体(水)有热胀冷缩的性质,气体(空气)、固体(铜)也有这种性质,你能把这种性质用一句话说出来吗?

(2)归纳得出:一般物体都有热胀冷缩的性质。

5.应用迁移

(1)教师提出思考问题:

思考1 为什么踩瘪的乒乓球在热水中一烫就恢复原状?

思考2铁轨之间为什么要留有缝隙?

思考3 两根电线杆之间的电线,为什么冬天绷得比较紧?

思考4为什么夏季自行车胎不能打太足的气?

(2)解析参考:

这四个思考题都是从日常生活事例中引入认识物体热胀冷缩的性质,符合儿童认知的特点,使学生将所学到的知识运用到实际生活中,加深了学习的印象。对于这四个问题的呈现,都用了视频片段来展示,使问题清楚明晰地呈现在学生眼前。同时,教师也给出参考答案供学生思考,参考1和参考3的参考答案不仅从理论上解释了原因,而且给出了实际数字,比如气体在温度升高1℃的时候,体积就要膨胀1/273,每百米的电线,在温度每增加1℃的情况下,大约会伸长1.5毫米等,不仅将具体数值呈现在学生眼前,而且增加了学生的扩展性知识和常识性知识。在思考2的参考答案中,列举了1825年英国铺设的第一条铁路钢轨的历史史实,警戒学生不遵循自然规律的教训,使学生增加了学习的趣味性。

自然界的物质绝大多数遵循“热胀冷缩”的规律,少有例外。一种例外是水。水在4℃时密度最大,4℃之下就是反常膨胀,是“热缩冷胀”了。而到冰,密度就 只有0.9。这意味着,冰将会浮在水面。

另外还有锑等金属

热缩冷胀的金属——锑

锑是一种银灰色的金属,它总共有四个“孩子”,人们见到次数最多是老大,名字叫“灰锑”。它还有三个小“弟弟”,依次是黄色的黄锑、黑色的黑锑和容易爆炸锑。

不过,这三个小弟弟的化学“性格”都不稳定。黄锑比较喜欢低温,温度一超过零下80℃,它就不能活下去,于是变成了黑锑。而黑锑只要一加热就会变成人们常见的灰锑。至于爆炸锑,更是不得了,只要你用一个硬东西碰一碰它,就会“火冒三丈”,同时放出大量的热,很快变成灰锑。

锑有一个反常的脾气——热缩冷胀。大家知道,一般的物体都是热胀冷缩,然而,液态的锑在冷却凝固时,体积反而更大了。

过去,人们利用锑的这个怪脾气,制成了铅字。在溶化了的铅字合金中加入一些液态的锑,然而把混合起来的熔液倒入铜模里冷却凝固,固态的铅字合金的体积就会增大一些,从而使每一个细小的笔划都十分清晰地凸现出来。不仅如此,加入锑后,还能使铅字合金更加坚硬、耐磨。

 
 
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