教室中的能量流動
  來自食物的能量
  能量柯南-探索能量的跡象
  熱能探一探
  太陽和它的分身-風力/水力
  溫度測量
  生態系統中的能量運用
  食物鏈遊戲
  勢能與動能
  能源形態變變變
  家電使用大搜查
  社區能源的使用
  消失的能量
  功率比一比
  食物熱量知多少?
  能源故事
  能源之煋
  煤礦 挖!挖!挖!
  導電猜謎遊戲
  燃燒出光與熱!
  風水輪流轉
  能量來源對對碰
  線路馬戲團
  電力哥倆好--電動馬達與發電機
  能源分一分
  燃料運輸網
  加油去
  核能想一想
  太陽能鍋DIY
  能源辯論
  能源之煋
  行銷能源
  能源成本算一算
  核廢料的處理
  空氣污染黑名單
  能源使用的前世今生
  帳單讀一讀
  讀表高手
  聰明開車
  能源價格與供需法則
  能源觀點
  綜合主題活動—能源大調查
  能源之煋
  能源,別說再見
  再生能源?用或不用?
  能源工作跟屁蟲
  能源的未來
  綜合主題活動-能源行動計畫
  能源之煋
   
摘要:
學生使用溫度計來研究陰影、顏色等因素如何影響溫度的變化。
 
年級程度: 
幼稚園∼四年級
 
領域: 
健康教育、數學、自然科學
 
場地: 
教室及晴朗的戶外
 
時間: 
準備時間:30分鐘
活動時間:二堂30分鐘的課程
 
關鍵字彙: 
攝氏、百分度、度、華氏、熱能、動能、分子、溫度、溫度計
 
主要概念領域: 
.關於能量的自然法則
.非生物系統中的能量流動
 
 
準備工作:
協助學生將熱水染成紅色,冷水染成藍色。課程的前一天,請學生留意氣象報導或是問家人隔天的氣溫預測值。警告:使用內有紅色液體的酒精溫度計,而非有毒性的水銀溫度計,可能的話,使用塑膠框架、數字大且刻度清楚的溫度計,所有的溫度計都需使用同一單位,攝氏或華氏皆可。甩動溫度計,直到內部液體完全降回底部再交給學生。
 
 
學習目標

.能夠使用溫度計測量並記錄不同地方的溫度
.能夠描述出溫度是如何受到熱能影響的

基本原理:
理解溫度所代表的意義能讓學生們更了解熱能的特質。

 
準備教材
•淺鍋裝盛的熱水及冷水(選用)
•學生手冊溫度計圖的投影片一份
•紅色馬克筆
•影印一份或數份學生手冊中的章節搭配課堂活動使用:
 ◇閱讀溫度計(選用)
 ◇溫度紀錄表一
 ◇溫度紀錄表二
•藍色及紅色的食物染料(選用)

分組後每組學生會需要下列物品:
•溫度計(請參閱準備工作
•一鍋熱水
•一鍋冷水
 
背景說明
想像一下,如果你問朋友天氣熱不熱,對方卻回答,「今天的空氣分子移動得比昨天快!」這樣的答案如何幫助你了解外面的天氣狀況?溫度其實是一種描述空氣分子活動狀態的測量方法,當擁有的能量高時,分子就會快速移動,而分子移動越快速,溫度就越高。因此,如果今天的空氣分子移動得比昨天快,表示今天的溫度比昨天高。

溫度計是一種測量溫度的工具,通常是一支透明玻璃管,底部的球狀容器含有水銀或其他液態物質,如染成紅色的酒精。當空氣分子撞擊底部球狀容器時,會導致內部液體的分子移動更快速,類似一顆球撞擊另一顆時,會使第二顆球移動一樣(導致物體移動的動能,從第一顆球轉移到第二顆球)。當溫度高時,因為快速移動的分子會比緩慢的需要更多的空間,所以玻璃管中的液體就會往上爬。

☉註:溫度計測量的是分子的運動狀態,而不是被測量物中所含的熱能總值(請參閱溫度、熱能與熱)。

為了讓測量溫度的方式一致,科學家發展出一套刻度,就像尺一般將溫度分割成等量大小並漸增的單位。相較於公寸公分的長度單位,溫度的單位稱之為「度」,符號為「 °」。世界上最普遍使用的溫度刻度稱為攝氏溫度或百分度 [ C ]。使用這套度量衡單位時,水的冰點被標示為攝氏零度(0°C),沸點則被標記為攝氏一百度(100°C),然後將 0到100度的中間部分等量分割為100等分。「華氏溫度」是美國地區使用的溫度刻度,在這套測量系統下,水的冰點為華氏32度,沸點為華氏212度。

人們如果知道物體的溫度為何,才能幫助他們做決定。例如知道了當天的氣溫後,人們才知道要穿什麼樣的衣服。因此,當你聽到今天的空氣分子移動得比昨天快,就可以得知今天的天氣較昨天暖和,這樣就能決定最適當的穿著了!

 
教學流程

引起動機:
進行課堂活動的前一天,請學生留意氣象報導或請家人幫忙留意第二天的氣溫。

與學生討論各種不同的天氣型態,留意學生在討論中是否使用了「溫度」一詞,並問學生們是否知悉溫度計的用途及代表的意義,強調溫度計是用來表示溫度,即物質的冷熱程度的工具。

若要更進一步幫助學生了解溫度所代表的意義,可以請學生想像(或實際展示)一鍋的冷水與一鍋熱水,在無法實際地觸碰或感覺水的時候,要如何形容這兩鍋水的不同呢?學生應該可以看見熱水鍋中的水運動較激烈。提醒學生們運動即是能量存在的證明。

水其實是由許多稱之為分子的微小元素所構成,水分子在水沸騰的狀態下會進行劇烈且快速的運動。空氣分子也是由無數的分子所組成,雖然肉眼看不見,但空氣分子實際上在我們的周圍四處移動著。請學生們想像一下分子在溫暖空氣中與在寒冷空氣中的活動狀態有何不同,答案是分子在溫暖的空氣中運動較快,因為本身具有較多能量的緣故。

註:向學生們強調空氣分子是隨意在我們周圍活動著,並不一定會造成微風吹拂的感覺;風吹的感覺是由大量的空氣分子同時朝著特定的方向移動所形成。

告訴學生溫度計的功能就為測量分子移動的速度,這些可以是水分子、空氣分子或是組成我們身體的分子。當這些運動中的分子撞擊溫度計底部的球狀容器時,將使得內部液體的分子加速移動,運動中的分子需要更大的空間,因此液體就會沿著玻璃管向上爬升。

請學生們站起來扮演空氣分子。空氣是為氣態物質,因此空氣分子會在教室的各個角落自由活動著。告訴同學現在的空氣是寒冷的,問大家(空氣分子)該如何活動?應該是緩慢的移動,若空氣漸漸變暖,大家的活動就會逐漸加速,並發現當運動速度加快時,大家會需要比緩慢運動時更多的活動空間。最後,告訴同學們室內空氣又變冷了,並請大家回到座位上。

進行步驟:
1.將學生手冊溫度計圖投影展示出來,或是在黑板上畫出溫度計,向學生們介紹溫度計的各個基本組成部分,包括玻璃管、刻度(攝氏溫度或華氏溫度),球狀容器和盛裝在內的紅色液體。

2.問學生是否知道刻度上的橫線與數字是什麼。向他們介紹「度」並解釋「刻度」的概念,就是刻度上兩條橫線間的距離所代表的意義(一度與二度或五度間的關係)。註:這時也可以試著介紹下列專有名詞:百分度、攝氏、華氏、及度 的符號「 °」。

3.在溫度計圖的玻璃管上畫一條橫線並告訴學生它所代表的意義,在玻璃管的其他地方劃上橫線,並讓學生們試著讀出它的意義(溫度計上的度數)。學生們也可以試著完成學生手冊的現在是幾度

4.示範如何正確使用溫度計:
.溫度計底部的球裝容器僅可以接觸被測物(如果球狀容器沒有接觸任何物體,溫度計測量的是空氣的溫度)。
.每次進行測量時,將溫度計置於被測物處約一分鐘左右,或等待至玻璃管中的紅色液體停止移動為止。
.讓溫度計回到室溫再進行新的測量(意即等待玻璃管內的紅色液體降到球狀容器中)。
.測量時,注意雙手不要接觸到球狀底部,這樣才能得到被測物的實際溫度,而非手的溫度。

5.請學生們注意下列各項安全須知:
.使用溫度計時要非常小心,尤其是玻璃管的部分非常易碎。
.只有負責拿取實驗器材的同學可以手持溫度計行走。
.拿著溫度計走路時,將它放低在側邊,不要握在面前。警告:向學生強調手持溫度計時必須小心行走,不可奔跑

6.請學生分為二到三人的小組,其中一名學生負責拿取實驗器材,另一名負責實驗操作,再一名負責紀錄實驗過程。三人的角色可以互換,讓每個人在實驗進行時都有機會可以操作溫度計。註:年齡較小的學生,尤其是幼稚園生,可以試著將課堂分為三大組,指導其中一組做實驗時,其他兩組可以進行靜態活動,之後再換組輪流進行實驗。進行實驗之前,先重複示範幾次溫度計的操作方式,年齡較小的班級可能需要老師或助教的協助下,紀錄實驗的過程與溫度測量結果。

7.負責拿取實驗器材的同學也要準備學生手冊溫度計圖影本與溫度計一支,之後並為他的小組準備一鍋冷水與一鍋熱水。

8.請學生在座位上測量溫度時,將溫度計拿至眼睛平視的高度,並在距眼15公分處讀取溫度計上的刻度。等待一分鐘之後,在溫度計記錄表一(教室的溫度一欄)紀錄下正確的測量值,並測量教室內其他地方的溫度,看看每處的測量值是否相近,告訴學生們這就是所謂的室溫,每次進行測量前都必須讓溫度計中的刻度值回歸到室溫。註:學生可能會發現教室中各處的溫度不一定都一樣,可以請學生們描述教室各處空氣分子的活動狀態(各處的活動狀態皆不同)。

9.提供學生下列的操作指示:將溫度計的球狀部分放入冷水中,直到紅色液體不再移動為止,仔細觀察玻璃管內紅色液體的移動情形,將得到數值記在紀錄溫度計記錄表一上。取出溫度計,等紅色液體回到室溫後,再重複同樣的步驟測量熱水溫度。

10.將冷熱水及溫度計收回,帶學生到教室外,一起討論室外空氣溫度的感覺。鼓勵學生感受陽光照射在皮膚上溫暖的感覺,或站在陰影中的涼爽感覺。警告:叮嚀學生不可以肉眼直視太陽

11.發給學生溫度記錄表二的影本,請他們就目前已有的了解來猜測室外各地點的溫度,並紀錄在表中 猜測值 一欄。解釋科學家會利用猜測的數據引導自己的研究,而且這些猜測常常都是錯的。註:猜測值的練習對年齡較小的學生可能不適用,學齡較低的學生通常無法根據觀察到的事實做出正確的猜測,而且會對做出錯誤的推論感到挫折。

12.請學生用溫度計測量室外溫度(陽光下的空曠場地是較適當的地點),並將測量結果紀錄在溫度記錄表二的實際測量值一欄中,告訴學生這就是所謂「對照組」或第一測量值。

13.請每一組學生自行尋找一個他們認為溫度較對照組溫暖的地點,可能接近操場、在樹旁或柏油路上方等。當找到測量點時,請他們在表中以圖繪出或文字描述出該地,並解釋該地溫度較對照組溫暖的原因。學生應將陰影遮蔽、該地點或物體的顏色、空氣的乾溼度等因素列入考慮,然後將該地溫度的猜測值紀錄在表中。註:年齡較小的學生進行這項活動時,可以讓他們指出比對照組溫暖與涼爽的地點就好,請他們說出原因,再由老師或助教將原因紀錄在表中,並協助將實際測量的溫度值紀錄下來,之後在課堂上討論。

14.當每組學生都決定好測量地點時,請負責器材的學生領取溫度計再回到各組開始測量,將結果記錄在表中實際測量值一欄。確認學生測量的是該地點的空氣溫度,提供標準的測量距離,例如距離測量物表面2.5公分處,不可讓溫度計直接接觸任何物體。對於沒有確切物體,僅測量該地氣溫的學生,則將溫度計拿至與眼平視的高度,並在距眼15公分處讀取數值。

15.視課堂時間決定收回溫度計結束活動,或尋找較對照組涼爽的地點,重複步驟13與14。

 
結語:

在活動結束後,請學生返回教室,讓學生比較各組的測量數據,並討論數據中相異及相似的地方。接受日光直接照射的表面溫度可能較高,學生應會注意到深色物體表面的空氣較淺色的來得溫暖,陰影處的氣溫較直接受到陽光曝曬的地點涼爽。老師應在討論中強調太陽散發出的熱能會使空氣中分子加速運動的概念。



溫度、熱能與熱
溫度計測量溫度時,其實是在測量物質中所含熱能的多寡,即是測量物質中分子的活動速度。分子在溫度高的物質中,比在溫度低的物質中活動的更激烈,溫度計就是藉著表示出物質中分子活動的速度,幫助我們了解該物質的冷熱程度,而溫度計使用的測量單位稱為「度」。

要得知某物中所含的熱能總和需要使用不同的測量工具。卡路里測量儀可以測出某物中所有運動分子所含有的能量總值,所使用的測量單位為「卡路里」。

舉例來說,餐桌上有一鍋燉肉,當你用湯匙舀出一匙燉肉時,湯匙內的燉肉與鍋子內的燉肉具有同樣的溫度,因為兩邊的燉肉中分子運動的速度是一樣的,但是鍋中的燉肉中卻含有較多的熱能。造成如此差異的原因,是因為鍋中的燉肉比較多,量越多,表示其中所含的運動分子越多,因此熱能越多。最好的證明是,一段時間過後,湯匙的燉肉﹝含有較少熱能﹞很快就冷掉了,而鍋子裡的燉肉則可以保溫更久,因為其中含有較多的熱能。

當然,鍋子和湯匙裡的燉肉最後都會冷掉,因為熱能會漸漸由原處轉移到週遭較冷的空氣裡。熱指的是能量由一物體轉移或流動到另一物體的過程﹝例如:由熱湯轉移到舌頭上,或由暖爐轉移到周圍的空氣中﹞。當某物「熱起來」,指的就是能量由某處流入該物體,而這樣的轉變表現在物體溫度上,而且可以使用溫度計測量出分子在熱能流入後運動速度上的變化。特別注意,溫度計可以測量熱或熱量的說法是錯誤的。

 
評量
形成性:
•學生能否正確讀出溫度計上的測量值?(學生也可以用學生手冊中的閱讀溫度計練習。)
•學生能否正確使用溫度計測量?
•學生能否描述熱能對分子運動的影響?

總結性:
舉辦一場融冰大賽,讓學生決定他們認為冰塊能最快融化的地點。學生必需建立完整的論點,例如:我們認為冰塊在這裡融化得最快,因為  (原因)  ,而且不可以直接觸冰塊,或在冰塊旁放置任何物品。

或者,也可以把加熱融化後的明膠放在紙杯裡,請學生找一個可以讓紙杯保持溫暖、使明膠不至於凝固的地點。大約15分鐘後,讓學生把紙杯帶回教室,並就各組的結果做討論。這個實驗可在室內或室外進行,若要增加挑戰性,可以選擇在天氣寒冷的日子中進行。
 
延伸活動
指派學生作為「氣象員」,以週為單位,負責紀錄每天的氣溫並完成「氣溫表」。在下面的例子裡,星期一的氣溫是攝氏25度,星期二的溫度為攝氏32度。

鼓勵學生在生活中多多使用公制單位「攝氏」作為測量溫度的單位,幫助他們將特定溫度和熟悉的活動或物品做連結。例如:請學生討論在攝氏幾度的湖水中,比較想在裡頭游泳;或是讓學生指出適合烘焙餅乾的溫度。向學生們解釋,其他國家可能使用不同的單位來測量溫度,並展示各式各樣不同的溫度計,如做糖果、測量肉類或是冰箱、冰庫中使用的溫度計。

氣溫表

攝氏溫度(℃)

星期

星期一

星期二

星期三

星期四

星期五

50
         
40
         
30
 
x
     
20
x
       
10
         
0