4.6跨学科实践对冰箱中热现象的探究 教学设计（表格式）苏科版（新教材）八年级上册

跨学科实践：对冰箱中热现象的探究 （教学设计）
年级 八年级 学科 物理 课时数 1课时 教师
课题 跨学科实践：对冰箱中热现象的探究
教学 目标 物理观念 通过探究，能运用温度、熔化、凝固、汽化、液化、升华、凝华等物理概念解释冰箱中的各种热现象。能明确指出冰箱工作过程中涉及的物态变化及其吸放热情况。初步形成“利用物态变化可以实现内能转移和温度控制”的物理观念。
科学思维 能从冰箱的日常现象中发现并提出与物态变化相关的物理问题。能对观察到的现象进行分析、比较、归纳，尝试用物理原理解释。能基于所学知识对探究结果进行科学推理，得出初步结论。
科学探究 经历制作冻豆腐和冰淇淋的过程，观察冰箱中的物态变化。设计简单的实验方案，正确使用温度计等工具进行测量，准确记录实验数据和观察到的现象。
科学态度 与责任 通过探究生活中的物理现象，激发学习兴趣。认真观察，如实记录。培养与他人合作交流的意识和能力，乐于分享探究成果。了解冰箱的工作原理，增强节约用电、保护环境的意识，认识到科学技术对改善生活的重要作用。
教材 分析 本跨学科实践活动安排在第四章“物态变化”的学习之后，是对全章知识的综合应用和深化拓展。冰箱是生活中最常见的利用物态变化实现内能转移的家用电器，是这些知识的完美载体。本节旨在引导学生将所学的物态变化知识与生活实际紧密联系，通过学习利用冰箱制作冻豆腐和冰淇淋，培养生活实践能力。通过对冰箱内外温度的探究，了解其简要的工作原理以及对环境的影响。鼓励学生亲身体验，体现了科学、技术、社会（STS）的联系。
学情分析 学生已经学习了温度的概念、温度计的使用。了解六种物态变化的基本概念和条件，以及这些过程中的吸放热情况，对能量的转移有初步的认识。学生对冰箱比较熟悉，但多是感性认识，对于其背后的物理原理缺乏深入思考和系统解释。八年级学生思维活跃，好奇心强，乐于动手探究和发现新事物。具备一定的观察、分析和归纳能力，但学生可能难以想象看不见的制冷剂的变化。实验设计的科学性、严谨性有待提高。
教学重点 1．利用冰箱制作冻豆腐和冰淇淋等食品； 2．应用物态变化知识解释冰箱中的热现象。
教学难点 1．了解冰箱制冷的基本原理。 2．设计并实施有效的探究方案。
教学过程
教师活动 学生活动
导入新课 【问题情境】冰箱具有食品保鲜等功能，它给人们的生活带来了便捷。冰箱一般包括冷藏室和冷冻室，且它们内部通常被分隔成多层。冰箱内的温度分布有什么特点？冰箱能制冷，但能否用它代替空调来持续给室内降温？ 【任务要求】制作冻豆腐和冰淇淋。 自主领取任务进行探究
任务一、制作冻豆腐和冰淇淋 （一）制作冻豆腐 （1）选择一块大的豆腐，切成如图所示的小方块。 （2）先放入蒸锅中蒸15分钟左右，然后再关火焖10分钟左右。 这样做可以蒸发掉豆腐中的水分。 （3）将蒸好的豆腐放入冰箱冷冻室冷冻半天或一晚上至豆腐冻成型即可。 【现象】与鲜豆腐相比，冻豆腐的形状、颜色等都发生了变化。 【解释】冻豆腐在制作过程中， 豆腐中的水在低温条件下凝固成冰， 由于水结冰后密度变小， 导致体积变大， 因此冻豆腐的体积相比普通豆腐会有所增大。 （4）解冻后，观察冻豆腐内部的变化，试着解释此现象。 【现象】冻豆腐内部变得疏松多孔。 【解释】豆腐中含有大量的水分，豆腐冷冻时这些水分就会凝固为小冰晶，同时体积变大，这些小冰晶将整块豆腐挤压成蜂窝形状；待豆腐解冻后，小冰晶熔化为水，就留下了很多小孔。 （5）烹调后观察并品尝，说说它与普通豆腐有何不同。 【解答】冻豆腐烹饪时由于多孔状吸收菜肴中的汤汁，更容易入味。特有的蜂窝状孔洞像吸水海绵一样将菜肴中的汤汁吸入， 使得冻豆腐在烹饪时能够吸收更多的汤汁， 增加了其口感和风味。而普通鲜豆腐口感嫩滑。 （二）制作冰淇淋 （1）取蛋黄2个、砂糖25g、鲜奶200g，放入奶锅内充分搅拌，再用小火加热并不断搅拌，直至蛋奶变得浓稠。 （2）用滤网将蛋奶过滤到较小的食品盒内，自然冷却后，加入200g奶油并搅拌均匀。 （3）盖上盒盖，将食品盒放到冰箱中冷冻。每隔30min 取出搅拌一次，共进行四次。这样，冰淇淋就制成了。 2．观察冰淇淋制作过程中的物态变化 【解答】冰淇淋制作过程中，其中的水分由原来的液态逐渐变成固态。 【例题1】小明在“用电冰箱研究物态变化现象”的综合实践活动中，制作了冻豆腐，冻豆腐解冻后切开，发现里面有很多小孔，这是因为豆腐里面的水经历了先凝固后 的物态变化过程。他还发现冰箱内有霜形成，霜是 现象，如果把食物放进冰箱时盖起来或用保鲜膜包起来。这样做，冰箱内 （选填“容易”或“不容易”）产生霜。 【答案】 熔化 凝华 不容易 【解析】豆腐有很多水分，放入冰箱水受冷就会凝固，水凝固时体积要变大；拿出来，凝固的小冰晶要熔化，体积减小，所以冻豆腐上有很多小孔。 把食物放进冰箱冷冻时喜欢盖起来或用保鲜膜包起来，防止了食物中水分的蒸发，冰箱中水蒸气减少，即冰箱内不容易凝华产生霜。 学习并动手制作冻豆腐 观察制作过程中的物态变化 思考分析 品尝劳动成果，体验成功喜悦 尝试制作冰淇淋 观察制作过程中的物态变化 品尝劳动成果，体验成功喜悦 练习例题
任务二、探究冰箱内外的“热环境” （一）测量冰箱内不同部位的温度 在冰箱储藏室的上、中、下层设置多个测温点， 将多支温度计分别放在不同的测温点上，5 min 后读出各温度计的示数（如有条件，可以用无线温度传感器进行测量）。比较各测温点的温度， 看一看冰箱内 的温度分布有什么特点。根据观测结果， 对各类食品在冰箱中存放的位置提出改进方案。 具体步骤如下： ①设置测温点 ：在冰箱储藏室的上、中、下层分别设置多个测温点，确保每个层次都有足够的测温点，以便更全面地了解温度分布情况。 ②放置温度计 ：将多支温度计分别放在这些测温点上，确保温度计与测温点紧密接触。 ③记录数据 ：等待5分钟后，读出各温度计的示数，并记录下来。 ④比较温度 ：比较各测温点的温度，分析冰箱内的温度分布特点。 冷藏室上层 冷藏室中层 冷藏室下层 冷冻室 【实验记录】冰箱内的温度分布特点 次数 温度 位置冷藏室上层/℃冷藏室中层冷藏室下层/℃冷冻室/℃近门处/℃中部/℃近后壁处/℃1699.595-14258.58.584.5-153588.584-16平均值5.38.58.88.34.5-15
【探究结论】储藏室温度分布不均，上层低，中层高；各处温度并不完全一致。 （二）讨论冰箱冷藏室中食品存放的位置 （1）上层：上层比下层温度高，适合放置直接入口的食物。靠门处放熟食、酸奶、甜点等等，上层后壁处放置剩饭菜、剩豆制品、牛奶等，要用保鲜盒密封，避免交叉污染。 （2）下层：靠门处放置短时间内会食用的蔬菜、水果，避免紧贴冰箱内壁，以免被冻坏。 （3）下层：后壁处放置豆腐、袋装半成品肉类，适合放置没有烹调熟，但需低温保存的食品。 通过这种方法，可以直观地了解冰箱内不同层次的温度差异，从而更好地使用冰箱进行食物保鲜和储存 。 （三）探究冰箱工作时外壳的温度分布特点 冰箱工作时，其内部是一个低温空间，它对外部环境有什么影响呢？ 图 4-45 是某次拍摄的冰箱外部的红外照片。请你用温度传感器或红外线测温仪测量冰箱外壳各处的温度， 并分析其温度分布特点。 冰箱外壳两侧温度较高。因为冰箱工作时，内部要释放热量；相应的冰箱内壁就会吸收热量。 （四）探究冰箱工作时对外部环境的影响 1．冰箱工作把冰箱门打开几分钟，冰箱周围的温度是升高了还是降低了？它与空调有什么区别？设想城市中的千家万户都把冰箱和空调的制冷温度调得很低，会对环境造成什么影响？ 打开冰箱门几分钟后，冰箱周围的温度会升高。 这是因为冰箱的工作原理是通过压缩机冷却将热量从冰箱内部传到冰箱后面的散热管，然后排放到空气中。这个过程实际上是以室内温度升高为代价来降低冰箱内部的温度。因此，打开冰箱门进行自由对流并不会导致室内温度降低，反而由于压缩机本身的工作效率和散热，会导致整个室内温度升高 。 2．设想城市中的千家万户都把冰箱和空调的制冷温度调得很低，会对环境造成什么影响 城市中的千家万户把冰箱和空调的制冷温度调得过低， 会对环境造成温室效应加剧和城市热岛效应恶化。 首先， 冰箱和空调在运行过程中会释放出大量的热量， 尤其是在制冷温度设置过低的情况下。 这种额外的热量释放会加剧城市的热岛效应。 其次， 冰箱和空调的运行还会增加温室气体的排放， 尤其是二氧化碳等吸热性强的温室气体。 这些气体的增加会加强大气的温室效应， 导致地球表面温度升高， 引发全球气候变暖。 （五）冰箱与空调的区别 1. 制冷方式：冰箱采用的是直接制冷方式，制冷剂在冷却系统中直接循环流动，通过吸热和放热来降低冰箱内部的温度。而空调则采用间接制冷方式，制冷剂在室内机和室外机之间传递热量，通过室内机吸热、室外机放热的过程来调节室内温度。 2. 工作原理：空调的蒸发器和冷凝器通常分别安装在室内和室外，而冰箱的蒸发器和冷凝器通常位于冰箱内部。空调通常有温度控制系统，能够调节温度以满足用户需求，而冰箱一般有冷冻和冷藏室，但温度控制相对简单。 3. 制冷剂：虽然空调和冰箱都使用特殊的化学物质作为制冷剂，如氟利昂或氢氟碳化合物，但它们的具体组成可能有所不同，以适应各自系统的特定需求。 4. 循环过程：无论是空调还是冰箱，制冷剂都在一个封闭的系统中循环，不断地吸收热量、压缩、释放热量、膨胀，循环往复。 冰箱空调相同点制冷原理均采用蒸气压缩式制冷循环（压缩机→冷凝器→节流装置→蒸发器）核心部件压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管/膨胀阀制冷剂R134a、R600a、R32、R410A 等氟利昂替代品热交换方式内部蒸发器汽化吸热、外部冷凝器液化放热功能定位长期低温保鲜/冷冻食品调节室内空气温度、湿度、洁净度结构形式一体式箱体、门体+内胆发泡绝热分体式（内机+外机）或窗式/移动式温度范围冷藏2-8℃，冷冻-18℃或更低制冷16-30℃，制热-5-30℃（热泵机型）热交换侧冷凝器贴机背/机底，向厨房散热冷凝器在室外机，向室外排热功率等级50-300W（家用）500-5000W（1P-3P家用分体机）
对于空调来说，它是把室内的热量搬运到室外（所以它有一个空调外机，要放在室外）。所以开启空调一段时间，我们感觉房间里凉快了，因为房间里的热量少了。 对于冰箱来说，则是把冰箱内的热量搬运到房间里。关上冰箱门制冷时，冰箱里的温度很快就降下来了，因为冰箱里的热量被搬运到冰箱外了。打开冰箱门制冷，房间里还会越来越热呢。这是因为，冰箱在工作的过程中，不仅不会消灭热量，还会把一部分电能转化成热能——也就是压缩机运行时间长了会发热。转化出来的这部分热能，也会散发到房间里。 【例题2】在“用电冰箱研究物态变化现象”的综合实践活动中。 （1）研究电冰箱内的温度分布情况时，需要用到的测量工具有秒表和______，小明采用正确的方法，测量了自己家电冰箱不同区域的温度，所得数据如下： 位置冷藏室上层冷藏室中层冷藏室下层冷冻室温度10℃7℃3℃﹣15℃
已知鸡蛋在2 5℃中可保存约20天，10℃中可保存约7天，25℃中可保存约3天，若要较长时间的保鲜鸡蛋，应该放在电冰箱的_________； （2）研究冰箱中霜的主要来源。首先，将一碗水放入冰箱冷冻室，关闭冰箱门5h后，打开发现水已经全部结冰，但冰箱冷冻室内壁上的霜却很少；接着再将相同的一碗水放入冷冻室，每10min打开冰箱一次，5h后水也全部结冰，但此时冰箱冷冻室的内壁上霜却明显增多。冰箱中霜是由水蒸气_______形成，根据实验，要想减少冰箱冷冻室霜的产生，你的建议是______。 【答案】 温度计 冷藏室下层 凝华 减少打开冰箱门的次数 【解析】（1）为了比较电冰箱内不同区域的温度情况，需要控制时间相同，看温度计示数的变化，故除了秒表，还需要温度计。 已知鸡蛋在2﹣5℃中可保存约20天，保存时间最长，由表一数据知，冷藏时，冷藏室下层的温度约为3℃，所以鸡蛋应该放在冷藏室下层冷藏保鲜的效果最好。 （2）根据题意可知，在不打开冰箱门时，冰箱内的霜很少，经常打开冰箱门时，冰箱内的霜比较多，这表明经常打开冰箱门时，冰箱外空气中的水蒸气进入冰箱后会凝华成霜；要想减少冰箱冷冻室霜的产生，可以减少打开冰箱门的次数。 探究实验 记录数据 分析论证 实验探究 交流讨论 对比学习 练习例题
任务三、交流与评价 1．与同学、老师或家长分享自己制作的冷饮美食， 简要介绍制 作的主要步骤。 2．了解冷冻食品加工、运输等有关情况和被访问者对各自所从事 职业的感受。 3．以“探究冰箱内外的‘热环境’”为题，撰写一篇小论文。 4．制订评价指标，对活动成果进行评价。以小论文为例， 可以从内 容是否科学、表述是否准确、科学探究过程是否规范等方面进行评价。 交流评价
课 堂 练 习 1．火锅是中国独创的美食之一，下列说法正确的是（　C　） A．“冰冻肥牛卷”熔化需要放热 B．汤汁沸腾过程中温度持续升高 C．锅上方水蒸气液化放热更易烫伤皮肤 D．汤汁越烧越少，发生了升华现象 2．为保持蔬菜新鲜，人们常会在蔬菜里放些冰块，如图所示。下列对其中涉及的物理知识分析正确的是（　C　） A．利用了冰块升华吸热 B．利用了冰块升华放热 C．利用了冰块熔化吸热 D．利用了冰块熔化放热 3．如图所示是在第四期“玩转物理”中某同学自己制作的冻豆腐，细心的同学发现冻豆腐中间是“海绵状”的小孔，口感和新鲜豆腐也不相同，仔细研究后发现，冻豆腐中的小孔是由于豆腐中的水分先后发生了一些物态变化产生的。以下对冻豆腐中小孔的产生所涉及到的物态变化分析正确的是（　A　） A．先凝固后熔化 B．先凝固后升华 C．先熔化后凝固 D．先熔化后汽化 4．如图所示，是市场上出售的一种网红食品——分子冰激凌，其制作过程非常简单，在冰激凌上倒入液氮，即可制成，且制成的分子冰激凌周围“烟雾缭绕”。 （1）标准大气压下，液态氮的沸点为-196°C。液氮倒在冰激凌上后会迅速 汽化 （填写物态变化名称），同时 吸收 （选填“吸收”或“放出”）热量，使冰激凌中的水凝固成冰，制成分子冰激凌。 （2）分子冰激凌周围“烟雾缭绕”形成的原因是 周围空气中的水蒸气液化形成小水珠 。 5．如图所示是某变频空调机制冷系统的原理图，其中压缩机的作用是对气态“冷媒”加压进入冷凝器，变成液态。液态“冷媒”经铜管B，进入蒸发器，变成气态，吸收大量的热量。把某段时间内流过铜管B的“冷媒”质量与时间的比值叫做流量，已知压缩机的转速越大，流量就越大。压缩机的转速由变频器供电频率决定，变频空调机通过改变供电频率，控制“冷媒”流量，从而控制制冷的快慢。 （1）压缩机通过 压缩体积 的方式使气态“冷媒”变成液态，此时“冷媒”需 放热 （选填“吸热”或“放热”），使环境温度升高； （2）“冷媒”在 蒸发器 （选填图中部件名称）中汽化，吸收热量，使室内温度 降低 。 6．用电冰箱研究物态变化现象： （1）电冰箱的原理是制冷剂在冷冻室 汽化 （填物态变化） 吸 热，再在冷凝管 液化 ，进行相反的过程从而循环使用； （2）在活动中，需要将温度计离开被测的环境读数，为减小影响，可以在温度计的 玻璃泡 上裹一个湿棉花团； （3）实验室中温度计的量程只有-2~100℃，活动中若冰箱冷冻室某测量点的温度为-10℃，则温度计中液柱上表面的位置大致上在图中所示的 B （A/B/C）位置； （4）电冰箱冷藏室内温度分布情况是 C 。 A．上冷下热，内冷外热 B．上冷下热，内热外冷 C．上热下冷，内冷外热 D．上热下冷，内热外冷 （5）水、牛奶、糖水、食盐水中，凝固点最低的是 食盐水 ，为解决测量凝固点不方便的问题，可以采取先将不同的液体放入冷冻室速冻，然后再取出测量它们的熔点的方法，从而得到凝固点，这样做的理由是 同种晶体的凝固点和熔点相同 。 7．如图所示是电冰箱的工作原理图，制冷剂在电动压缩机的驱使下，在密封的管道内循环流动，将冰箱内的热量带到冰箱外，达到制冷的目的。请回答下列问题： （1）制冷剂会在冷冻室里发生 汽化 ； （填一种物态变化名称）， 吸收 热量 （选填“吸收”或“放出”），达到搬运热量的目的； （2）小明发现家里冰箱的冷冻室（温度为-15℃）总是结有厚厚的霜，铲掉这些霜后不久又有了，但其他同学家的电冰箱并没有这种现象，他通过网上查询得知需要更换冷冻室门上的密封条，以防止外部空气进入。请你解释这些霜的形成原因 不断有空气进入冰箱里，外部空气中的水蒸气，遇冷降温凝华，形成的霜 。
板 书 设 计 跨学科实践：对冰箱中热现象的探究 一、用冰箱制作美食 1．制作冻豆腐； 2．制作冰淇淋。 二、探究冰箱内外的“热环境” 1．测量冰箱内不同部位的温度； 2．讨论冷藏室内食品摆放的位置； 3．探究冰箱工作时外壳的温度分布特点； 4．探究冰箱工作时对外部环境的影响。 三、交流与评价
课 堂 小 结 跨学科实践：对冰箱中热现象的探究
作业布置 1．在家利用冰箱制作美食； 2．结合实践过程，以《探究冰箱内外的“热环境”》为题，写一篇小论文。
教学反思