學習目標
- 材料影響傳熱速率。
- 不同材料的傳熱能力不同。
- 工程師必須利用他們的科學知識，找到解決問題的可能的辦法。
課程內容
- 復習熱傳遞的三種方法
- 向學生介紹不同的材料
- 示范使用不同材料的實驗
- 讓學生用不同材料做實驗
課程目標
在本課結束時，學生將能夠：
- 比較不同材料來確定哪種材料能更好地阻隔熱傳遞
- 辨別不同的材料阻隔了哪種熱傳遞的方式
課程簡述
- 復習熱傳遞的測試卡（15分鐘）
- 向學生介紹材料包（5分鐘）
- 示范如何在實驗站進行實驗（15分鐘）
- 學生測試材料性能并記錄在故事板上（30分鐘）
- 老師和學生討論課堂上所有的實驗（10分鐘）
背景
鼓勵合作，而不是競爭。學生組可以通過分工，分別測試不同的材料或組合不同材料來，和班級的其他人進行共享。
熱箱在房屋建造完畢并準備測試之前是不需要的，但學生提前看到熱箱有助于他們進行具體的思考，來根據熱箱的條件進行設計隔熱方式。
教師材料
- 7個 帶夾具的燈（每組學生一個）
- 1個 黑色儲物箱（或黑色噴漆箱）
- 7個 即讀數字溫度計
- 7個 數字定時器
- 7份 海綿或紙巾（濕潤的）
- 1卷 耐用鋁箔
學生資料（每組）
- 1個 材料盒包含一個樣品
- 1個 故事板（來自于第一課）
- 1盒 彩筆或鉛筆
課前準備
- 為每一組學生準備一個實驗袋。每袋應包括兩個3英寸見方的材料樣品，兩個棉花球，兩木棒。
-
準備用來測試學生設計的“熱箱”。使用黑色儲物箱（或黑色噴漆箱），在里側的四個面鋪滿鋁箔，保持黑色的底部是暴露的。然后放置四個燈在熱箱周圍，照射熱箱的底部和鋁箔。
熱箱 - 至少設立三個實驗站，每個學生小組最好有一個。每個站都需要：
- 1個 帶有夾具的燈，放置在18英寸的工作臺上
- 1個 數字定時器
- 2個 即讀數字溫度計
- 7份 海綿或紙巾（濕潤的）
課程步驟
- 復習上節課的測試卡。讓學生進行改正并用膠水把卡片粘到到他們的故事板上。
- 把材料袋分發給每組學生。
-
向學生說明，他們將設計并建立一座冰屋，來放置企鵝形狀的冰塊融化。但首先，他們像工程師一樣測試不同的材料，來確定他們要使用何種材料來設計自己的小屋。
材料示例 - 向學生展示用來測試他們設計的“熱箱”。要求學生識別可能發生的熱量傳遞的所有形式，并解釋熱傳遞發生的地方。
*教師注意：熱箱會發生所有三種方式的熱傳遞。
輻射-從四盞燈中的光輻射到達企鵝小屋，企鵝小屋兩側的鋁箔也反射了光。
傳導-由于輻射，黑色的底部會變熱，當企鵝小屋放到上面時，熱通過傳導進入到屋子。
對流-黑色的底部由于變熱會加熱空氣，熱空氣上升，遇到企鵝小屋中的冷空氣后，形成對流。 - 示范如何正確地在實驗站進行實驗。向學生解釋，當光線照射到材料上時，你將測量每種材料（或組合在一起的材料）下面的溫度。
教師注意：建議教師向學生示范應避免的常見錯誤。
- 錯誤1 -樣品不阻隔輻射。
為了演示這個錯誤，將樣品放在實驗站中心，并在每個頂部放置溫度計。學生會經常嘗試這個。問他們這樣做有什么錯嗎？ - 錯誤2 -樣本底部的溫度可能較高，因為更多的時間過去了。
為了證明這一點，只使用一個溫度計，并在不同的時間點溫度。學生往往不會控制時間。鼓勵使用定時器。 - 錯誤3 -桌面也會變熱，并且會轉移熱量，影響實驗。
為了演示這一點，用燈光照射桌面和熱箱一段時間后，測量它們的溫度并對比。鼓勵他們關閉實驗站，然后將熱箱輕輕地挪到室溫的位置進行測溫。 - 錯誤4-溫度計太燙，它們不會冷卻到室溫。
向學生解釋溫度計會變熱。在測試后，使用一片濕海綿或一團濕紙巾讓溫度計迅速冷卻至室溫。你可以提供一杯室溫的水，但學生有可能使水溢出！ - 錯誤5-溫度計正在測量桌面的溫度。
向學生解釋，如果他們用棉球或棍子稍微墊高溫度計，他們會測得樣品下面空氣的溫度，而不是桌子表面的溫度。
-
讓學生建立他們的數據表。解釋每個小組將跟蹤自己的實驗數據。數據表可以參考下圖，每次實驗中，使用兩個溫度計在同一時刻對兩種材料進行測試：
材料測試數據表 - 每組實驗10分鐘后，根據需要給學生提示或測試建議：
- 學生可以測試不同材料的組合
- 學生可以測試相同的材料組合
- 學生要和全班分享他們的成果，鼓勵他們的測試與其他組不同的東西
-
學生可以添加在他們的數據表中添加組合，如下圖所示：
材料測試數據表
- 與全班討論實驗。討論內容必須包含以下問題：
- 哪些材料展現出了更好的特性？
- 為什么你認為這些材料展現出了更好的特性？
總結
- 讓學生在故事板繪制另一個區域，這個區域中要列出三種最好的阻隔熱傳遞的材料和三種最差的材料。
