苏科版（2024）物理八年级下册 第六章 物质的物理属性 跨学科实践 设计制作保温盒 （课件）

物质的物理属性跨学科实践 设计制作保温盒走进物质世界1.通过观察和查阅资料等途径，了解不同保温器具的结构特点、材料种类，知道保温器具能够保温的原理。2.能够根据不同需求，选择合适的保温材料和结构，设计符合需求的保温器具，并用文字或作图的方式表达自己的创意和构想。3.能够根据设计方案，将创意转化为模型，能从保温装置的合理性、创新性和保温效果等方面进行评价，并能从环保和节约资源的角度，在方案设计和材料选择等方面提出改进建议。4.经历设计、制作的过程，体验设计的乐趣与重要性，加深对设计的过程的理解。 生活中经常要用保温瓶、保温杯、保温盒、保温箱等方便携带或运输的保温器具。例如，快餐配送时需要使用保温箱，使热食维持较高温度，使冷食维持较低温度。 保温盒为什么能保温？如何提高它的保温性能？我们可以利用身边的器材进行探究。任务与要求1. 图 6-25 所示是一些便携式保温器具，请通过观察和查阅资料等途径，了解它们的结构特点、材料种类和保温性能。保温袋的结构特点、材料种类和保温性能(1)结构特点①三层结构：保温袋通常由三层结构组成，包括外表层、隔热夹层和内里层。外表层通常选用牛津布或尼龙布，具有强韧耐磨的特性；隔热夹层选用EPE珍珠棉等保温材料，起到保冷保热功能，决定了保温袋的保温性能；内里层则选用铝箔材质，具有防辐射且易清洗的特点。②密封性：保温袋需要有优良的密封性，这是内存食物持久保鲜的必要条件。③保鲜性：优质的保温袋具有透湿度低的优点，可以更长时间保持食物的新鲜度。(2)材料种类①外层材料：常见的外层材料有尼龙、聚酯纤维等，应具备防水、耐磨、耐撕裂的特性。②内层材料：内层材料通常采用铝箔、聚乙烯等，以提供良好的隔热效果。③填充物：填充物可采用高密度泡沫或其他保温材料，以增加保温效果和保护袋内物品。④有机保温材料：如聚苯板、聚氨酯泡沫、聚乙烯发泡材料等，具有良好的隔热性能和轻质化特点。⑤无机保温材料：如岩棉、玻璃棉、泡沫石英膨胀珍珠岩等，具有较好的隔热性能、防火性能和耐高温性能。⑥金属保温材料：如铝箔、铅皮、金属泡沫等，具有良好的抗压性能和导热性能。(3)保温性能①保温时间：保温袋的保温时间通常在 2~6小时之间，具体时间取决于材质、尺寸、袋内物品的温度等因素的影响。②保温效果：袋内温度损失应小于规定数值，常见要求为每小时不超过2℃。③防渗漏性能：保温袋应具备良好的防渗漏性能，以防止液体或气体泄漏对保温效果的影响。④保温层厚度：保温层越厚，保温效果越好。保温桶的结构特点、材料种类和保温性能(1)结构特点①双层结构：保温桶通常采用双层结构设计，外层和内层之间形成真空或填充保温材料，以增强保温效果。②中空壳体：部分保温桶采用中空壳体结构，减少热量传递，提高保温效果延长保温时间。③支撑杆和石英片：保温桶内部可能包含竖直的支撑杆和水平的石英片，用于支撑和保温。④通孔设计：中空壳体侧面设有通孔，方便气体对流，使壳体受热均匀，避免变形。(2)材料种类①不锈钢：常见的不锈钢材质有304不锈钢和316不锈钢。304不锈钢具有良好的耐腐蚀性和成型性，广泛应用于食品、医疗行业；316不锈钢则添加了钼元素，提高了耐蚀性和高温强度。②食用级 PP：即聚丙烯，是一种耐冲击性强、抗腐蚀的热塑性塑料，常用于食品容器。③树脂材料：树脂保温桶具有亮丽外观和多种颜色，内胆通常采用304不锈钢板冲制成型，外壳采用树脂制成，具有良好的耐热和耐冷性能。(3)保温性能①保温时间：保温桶的保温时间通常可达6小时以上，保冷时间可达12小时以上。②密封性能：保温桶的密封性能对其保温效果至关重要，良好的密封可以减少热量流失。③材质影响：保温桶的材质对保温效果有直接影响，不锈钢和玻璃的保温效果较好，而塑料相对较差。保温箱的结构特点、材料种类和保温性能(1)结构特点①箱体结构：保温箱通常由外壳和内胆组成，外壳材料可以是玻璃钢或钢板，而内胆则可以是聚乙烯或聚丙烯等。箱体分为上箱体和下箱体，斜面式吻合，吻合面上下端部箱体为弧形。箱体用不锈钢合页连接，并由橡塑条密封，下端安装不锈钢吊扣以压紧。②门和顶盖设计：前开门带观察窗，有倾斜式防雨顶盖，门与箱体之间采用防溅结构，能防雨防尘。③内部结构：箱内底部装有可在滑轨上前后、左右移动的仪表托架，方便调控仪表安装位置。箱后侧有拆卸的穿管板,供穿装各种管线用。④照明和控制：箱内顶有照明灯，有行程开关控制，门开灯亮，门闭灯灭，检修十分方便。(2)材料种类①聚氨酯(PU)：PU材质的保温箱具有出色的保温性能，闭孔率高，能有效阻止热量传递，适用于需要低温保存的物品，如药品。②聚苯乙烯泡沫(EPS)：EPS是一种常见且经济实惠的保温箱选择，成本较低，重量轻，但保温性能相对较弱，且不太环保，难以降解。③聚丙烯发泡材料(EPP)：EPP是新型保温材料，具有非常稳定和低的热传导性能，不渗水，耐油耐酸碱，多为一体成型，没有外置硬壳，相同尺寸大小，自重低，强度足够应对日常重复使用。(3)保温性能①PU 材质：PU 保温箱的保温性能出色，适用于需要长时间低温保存的物品，如药品。②EPS材质：EPS保温箱的保温性能相对较弱，适用于对保温要求不是特别高的场景，如小型外卖配送。③EPP 材质：EPP保温箱具有非常稳定和低的热传导性能，适用于需要良好保温效果的场合。 图 6-26 所示是生活中常见的玻璃杯。这种玻璃杯倒入开水后外壁不烫手，且有较好的保温性能。为什么会有这些优点？有人认为是由于它的玻璃壁很厚，传热比较慢。但仔细观察就会发现，它是双层的，且每层玻璃壁均较薄。这种玻璃杯通常被称为“双层真空玻璃杯”。它的哪一部分是真空的？这是它具有上述优点的原因吗？观察其他保温器具是否也具有类似的构造。双层真空玻璃杯 双层真空玻璃杯的真空部分位于内胆和外壳之间。这种结构使得热量很难通过传导、对流和辐射的方式从杯内传递到杯外，从而实现了隔热和保温的效果。具体来说：(1)真空层：双层真空玻璃杯的内胆和外壳之间形成了一个真空层，由于真空中没有空气或其他介质，热量无法通过空气对流或传导的方式传递，因此起到了很好的隔热作用。(2)材料的导热性：双层真空玻璃杯的材料，如高硼硅耐热玻璃，具有较低的导热系数，这意味着它们不容易导热，进一步保持了杯内液体的温度。(3)密封性：双层真空玻璃杯的盖子通常也是双层结构，内层与杯体连接,外层与外部环境隔绝，形成了另一个隔热空间。盖子上还通常会设计一个密封圈，确保杯子密封，减少热量的损失。(4)反射涂层：一些高级的保温杯还会在杯体内层表面采用特殊的涂层，能够反射热量，进一步提升保温效果。其他保温器具，如保温瓶，也采用了类似的构造，例如双层结构、真空层、内部涂层、良好的密封性和保温材料等，以达到隔热和保温的效果。这些设计原理在不同的保温器具中是相似的，都是为了减少热量的流失，保持内部液体的温度。 2. 设计方案。首先要明确保温盒用途、保温指标以及运输方式。在材料选择与结构设计上，除了要考虑保温性能，还要考虑抗压、减震、防水等方面的要求。设计用于冷藏物品的保温盒时，除了要考虑提高保温性能，还要考虑利用低温物品来提升冷藏效果等。3. 根据设计方案进行模拟实验。比较不同材料（如木材、铝材、泡沫塑料、瓦楞纸等）的保温性能，比较不同结构以及物品在盒内的不同放置方式对保温性能的影响，比较不同低温物品的制冷效果等。4. 根据模拟实验的结果，修改方案并进行制作。5. 检验所制作的保温盒是否达到设计要求，并写出报告。交流与评价1. 展示作品，分享实验报告，交流设计和制作过程中的心得体会。2. 从保温效果和设计的合理性、创新性，以及制作工艺等方面进行评价。3. 从环保和节约资源等角度出发，在方案设计和材料选择等方面提出改进建议。谢谢观看