在導熱實驗中引入溫度傳感器

五年級“熱”單元涉及比較不同材料的傳熱性能，教學中常規的實驗方法是在各種材料表面涂抹感溫油墨并使其接觸熱源，通過觀察感溫油墨的變色情況間接地推斷各種材料的傳熱性能。這種方法存在一定的局限性，學生僅能通過自身感官判斷實驗現象，并且不同類型的材料要選擇不同的熱源，影響他們探究的連貫性。借助溫度傳感器呈現數據，能幫助學生準確判斷各種材料的導熱性能，以便他們更加科學、合理地完成本次探究活動。

探究一：利用感溫油墨比較5種材料的導熱性能

1.實驗材料

銅棒，鐵棒，鋁棒，塑料棒，橡膠棒，感溫油墨，顏料刷，熱水，燒杯，實驗記錄單等。

2.探究過程

引導學生進行實驗方案的設計。教師出示本次實驗需要的材料，測試材料為銅棒、鐵棒、鋁棒、塑料棒、橡膠棒，輔助材料為感溫油墨、顏料刷、裝有熱水的燒杯等。教師引導學生根據實驗材料設計實驗方案，內容主要為研究的問題、預測、實驗中保持相同的條件與不同條件以及實驗過程。

設計實驗方案并交流研討。為了保證實驗公平，要注意實驗中相同條件的總結與完善。在該實驗中，相同條件為：5種測試材料的規格，即材料的粗細、長短；熱源；各測試材料接觸熱源的時間；各測試材料進入熱源的深度。

在各材料的表面用顏料刷涂抹感溫油墨，注意涂抹均勻，并且在5種材料表面的涂抹位置與涂抹面積要完全相同。涂抹感溫油墨后，晾干。取一個燒杯，在燒杯中裝入適量熱水，將各材料沒有感溫油墨的一端朝下，放入燒杯中，注意材料間不能相互接觸，防止熱量相互傳遞，影響實驗結果（如圖1左）。將材料放入熱水中后，根據5種材料感溫油墨的變色快慢情況，判斷導熱的快慢順序。

由于部分材料感溫油墨變色速度接近，且在實驗過程中存在一定的誤差，故小組實驗出現了不同結果（如圖1右）。通過分析全部小組的結果可知，雖然實驗結果有所差異，但是導熱性能排在前三名的都是金屬材質。由此得出，不同材料的傳熱本領各不相同，像金屬這樣導熱性能好的物體稱為熱的良導體，像塑料、橡膠這樣導熱性能差的物體稱為熱的不良導體。

3.實驗小結

感溫油墨將5種材料的導熱過程通過變色現象外顯出來，學生通過觀察變色情況能區分出熱的良導體與熱的不良導體，但并未比較出材料的導熱性能強弱。究其原因，主要是在觀察感溫油墨的變色情況時，部分材料的感溫油墨變色速度接近，且學生觀察時存在一定的主觀性。另外，5種材料放入盛有熱水的燒杯中沒有固定，也造成材料進入水中的深度有所差異。

探究二：利用溫度傳感器比較5種材料的導熱能力

1.實驗材料

銅棒，鐵棒，鋁棒，塑料棒，橡膠棒，溫度傳感器，數據顯示模塊，平板電腦，材料固定圓盤，燒杯，熱水等。

2.探究過程

組裝器材。連接數據顯示模塊、溫度傳感器和5種被測試材料，并將材料固定在圓盤中。打開平板電腦中的對應軟件，點擊“掃碼登錄”，并同時掃描教室屏幕上的二維碼，進行組別的選擇。點擊“連接傳感器”，并打開數據顯示模塊，掃描數據顯示模塊屏幕上的二維碼（如圖2）。

采集數據。進入數據收集頁面后，點擊屏幕上的“開始”和“自動記錄”按鈕。待初始數據收集完畢后，將固定在圓盤中的5種材料放入燒杯中，加入熱水。待9組數據全部收集完成后（見表1），點擊“停止”按鈕，觀察數據。

數據分析。全班各小組完成數據收集后，為了反映數據的集中趨勢，還要計算各組實驗數據的平均值。待平均值表格呈現后，計算出各材料相同時間內的溫度變化為：銅18.74 ℃，鐵8.34 ℃，塑料1.4 ℃，鋁17.26 ℃，橡膠1.58 ℃。由此得出5種材料導熱能力強弱的順序，即：銅＞鋁＞鐵＞橡膠＞塑料。

3.實驗優點

實驗中增加了可以固定測試材料的圓盤，既可以固定5種材料使其進入熱源的深度和時間相同，又可以防止材料間相互碰撞。高靈敏度的溫度傳感器增加了實驗的準確性。學生通過計算各材料的溫度變化，很清楚地比較出5種材料的導熱能力強弱。

對比常規實驗探究，溫度傳感器的引入，使學生分析數據的能力、對于單一變量原則的分析與應用、電子設備與科學實驗的結合與應用能力都有所提升，增強了證據意識。學生意識到，實驗方法的選擇和改進及精密儀器的使用都會對實驗數據的準確性產生影響。

（作者單位：天津市翔宇力仁學校）