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1、热水瓶的研究与改进长沙县实验中学2007/12/20一、研究性学习课题组情况介绍1、课题题目:热水瓶的研究与改进2、指导老师:熊永红3、课题小组成员:莫帅、李坚、李弼 4、组员档案二、研究性学习报告正文1、研究目的 、课题提出的背景、课题研究的目的2、研究过程、研究采用的方法、组员分工、活动具体内容3、研究结论、传统热水瓶的结构功能介绍、本课题组调查问卷分析、有关热水瓶的物理实验和科学分析、小结、热水瓶的具体改进三、研究性学习心得和论文四、研究附件研究性学习课题组情况介绍组员档案姓名:莫帅(男) 职务:组长学校: 长沙县实验中学 自我介绍: 一半阳光,一半忧郁;既爱安静,又好运动;狂爱电脑,痴
2、迷音乐;喜爱文学写作,擅长逻辑推理这就是我,一个偏爱文科的理科生。承蒙各位组员的信赖,我很荣幸当上了本课题小组的组长。相信工作负责认真、细心谨慎、饱含热情的我一定能带领大家出色的完成这项课题研究活动!我的座右铭是:用心+努力=成功姓名:李坚(男) 职务:组员学校:长沙县实验中学 自我介绍快乐的我、快乐的自己!我不太喜欢运动,有点呆呆的,但是我的脑袋并不钝,没事喜欢想想一些问题,所以我参加了这个研究小组。我平时喜欢打打乒乓球、下下象棋。我的座右铭:天空中没有留下鸟的痕迹,但我已经飞过!姓名:李弼(男) 职务:组员学校:长沙县实验中学 自我介绍 本人性格内向,待人忠诚,爱好广泛,好奇心强,希望与人
3、和谐相处,并能够为达到目标而不懈努力。但也不乏对事情专一,有责任感。我相信:只要我们齐心协力,就一定能成功。研究性学习报告正文一、课题提出的背景 在决定本小组研究性学习课题之时,本组有一组员目睹了一次小事故:一位同学打开水上宿舍楼,不料热水瓶突然炸裂,被四溅的开水烫伤了。由于住院治疗,那位同学请了一个多星期的假,落下不少功课,严重影响了学习。此外,类似事故屡见不鲜。热水瓶也叫暖瓶或保温瓶,普遍用于每一家庭,是生活中的必备用品。但在长期的使用中,传统热水瓶显露出许多不足之处。现在是21世纪,在科技如此发展的今天,热水瓶是否还是有着用武之地,是否还有改进之处?我们又该如何使其发挥更大的用处?针对上
4、述问题,我们决定对热水瓶的弊端进行研究探讨,并试图解决这些问题。相信这对于人们的日常生活存在着十分重要的意义!二、课题研究的目的1.了解热水瓶的构造及其保温原理;2.探求热水瓶的弊端及其根源;3.对症下药改善传统热水瓶的不足,设计新的热水瓶;4.提高自己调查、分析、探究、实验的能力,完善自己的学习主法,增强创新意识 。 研究过程1、 研究采用的方法1.调查分析法: 通过对本市市民进行调查走访,发放问卷,并对收回答卷进行取样分析。 第一周成立研究小组,对研究性学习理论知识进行系统学习;制定好研究计划第二周上网和到图书馆查阅资料;设计调查问卷并打印第三周有计划地分发问卷、回收问卷,进行调查研究,进
5、行数据整理第四周与指导老师交流,进行科学实验和理论分析,找出热水瓶工作原理并改善不足第五周结合社会调查、文献研究和科学实验的所得,改进热水瓶第六周撰写研究报告;举办主题班会对此次研究性学习活动进行评估第七周制作电子课件2.文献研究法: 通过上网、到图书馆查阅资料等途径获取所需。3.科学实验法: 通过动手实验研究,找出热水瓶保温原理,改善热水瓶的不足,设计合理、实用的新热水瓶。二、组员分工 资料查找:李坚、李弼资料整理:莫帅物理实验:莫帅、李坚、李弼社会调查:莫帅、李坚、李弼课件制作:莫帅、李坚三、活动具体内容研究结论一、传统热水瓶的结构功能介绍1. 结构材料解析热水瓶,又叫暖瓶或保温瓶,是每个
6、家庭必不可少的日用器具。传统热水瓶的外型比较单一,呈圆矩体(见左图)。热水瓶主要由外壳和瓶胆构成。 外壳一般由竹编、塑料、铁皮、铝、不锈钢等材料制成,其材料类别对热水瓶的保温功能没有影响。瓶胆由其间抽成真空状态并镀银或铝的双层玻璃构成;它是热水瓶的核心部分,决定着热水瓶的保温效果。此外,完整的热水瓶还必需有瓶盖(其材料与瓶外壳相同)、瓶塞(通常以软木或塑料制成)和橡胶垫座。2. 功能原理解析 现代的热水瓶是英国物理学家詹姆斯杜瓦爵士于1892年发明的。当时他正在进行一项使气体液化的研究工作,气体要在低温下液化,首先需设计出一种能使气体与外界温度隔绝的容器,于是他请玻璃技师伯格为他吹制了一个双层
7、玻璃容器,两层内壁涂上水银,然后抽掉两层之间的空气,形成真空。这种真空瓶又叫 杜瓶,可使盛在里面的液体不论泠、热温度都保持一定时间内不变。热水瓶的构造并不复杂(见右图)。中间为双层玻璃瓶胆,两层之间抽成真空状态,并镀银或铝,真空状态可以避免热对流,玻璃本身是热的不良导体,镀银的玻璃则可以将容器内部向外辐射的热能反射回去。反过来,如果瓶内储存冷液体,这种瓶又可以防止外面的热能辐射到瓶内。内胆上面有“小尾巴”,它是热水瓶维持水温的弱点:“小尾巴”被破坏了,热水瓶也不能保温了。“小尾巴”是制作瓶胆时,抽除双层玻璃内空气留下的。如果“小尾巴”破坏,双层玻璃中进入空气,变成非真空状态,不能避免热对流,热
8、水瓶也就不保温了。热水瓶的瓶塞,通常以软木或塑料制成,这两种材料也都不易导热。热水瓶的瓶口有一橡胶垫圈,瓶底有一碗形橡胶垫座,这些都是为了固定玻璃胆用,以防与外壳碰撞。这便是热水瓶保温功能的奥秘。二、本课题组调查问卷分析1. 课题调查问卷的具体内容 热水瓶的研究与改进社会调查问卷尊敬的长沙市民:您好!我们是长沙县实验中学研究性学习课题小组成员。因为课题的需要,想耽误您23分钟的时间做一下这份调查问卷,谢谢您的支持。热水瓶是生活中常见的生活用品。传统热水瓶存在着许多不足:使用时造成的炸裂事故屡见不鲜;在保温等性能方面也缺陷颇多。针对上述问题,我们展开调查,并作科学分析,希望用所学知识将其解决。请
9、您完成下面问卷(在您的选项上划“”或在“ ”填写):一、简单了解一下您的个人资料1.您的性别: a 男 b 女2.您的年龄阶段: a 18岁以下 b 1830 c 3050 d 50以上3.您的职业: 二、有关热水瓶的几个问题1.您在日常生活中用到过热水瓶吗?a 很经常 b 用,但不多 c 不用2.您对热水瓶的安全状况放心吗?a 不放心,老担心其炸裂 b 很放心 c 不在意这点3.您有过因热水瓶炸裂而被烫伤的经历吗?a 有过一两次 b 有过三次以上 c 没有4.您认为热水瓶的制作应首选何种材料?a 便宜实用型 b 绿色环保型 c 安全赖用型5.您觉得现今广泛使用的热水瓶最大的不足是什么?a 易
10、炸裂 b 保温时间短 c 难知水量 d 难知水温 d 其它: 6.您是否觉得热水瓶外型应多样化、美观化?a 是的,丰富一点好 b 没必要,实用就行十分感谢您支持我们完成此次问卷调查,愿好运永远与你相随! 长沙县实验中学2. 调查问卷分析我们总共发放了100份调查问卷,回收了87份。下面,我们对其中抽取的50份作为样本进行了分析。问题1:您在日常生活中用到过热水瓶吗?本题答案整理得知,经常使用热水瓶的人数占86%,根据这些人资料来看,其年龄阶段集中在1830岁和3050岁之间,职业不一,家庭主妇占多数;使用较少的占12%,以男性为主;不用热水瓶的占2%,其职业为公司白领中层阶级。所以我们得出的结
11、论是:尽管很多其它饮水器具取代了热水瓶的位置,但就整体而言,大多数地方,热水瓶的位置还是举足轻重的。这进一步的证明了本课题研究的价值。问题2:您对热水瓶的安全状况放心吗? 就本题而言,68%的人认为热水瓶的使用存在不保险性;10%的人对热水瓶的安全性能很放心;剩下的22%的人对热水瓶这点不在意,没有考虑过这个问题。这个结论证明了我们对热水瓶现状改善方面,增加热水瓶的保险性是很有价值的。不放心(34人)不在意(11人)很放心(5人)问题3:您有过因热水瓶炸裂而被烫伤的经历吗?16%的人有被热水瓶烫伤的经历,其中有2%的人有过3次以上的经历。这证明了传统的热水瓶的不足和改善热水瓶的必要性问题4:您
12、认为热水瓶的制作应首选何种材料?a 便宜实用型 b 绿色环保型 c 安全赖用型对于热水瓶的制作材料,市民不太在意绿色环保方面(仅8%的市民在意);市民更看重的是经济和实用方面,所以便宜实用型(占44%)和安全赖用型(占48%)的偏多,这为热水瓶的制作材料问题5:您觉得现今广泛使用的热水瓶最大的不足是什么?保温时间短(13人难知水温(4人)难知水量(2人)其它(3人)易爆炸(28人)(其它 :到出少量水之后,瓶塞易喷出等) 根据上述表明市民对于热水瓶的改进最迫近的愿望,以此作为热水瓶的改进主体方向的根据。问题6:您是否觉得热水瓶外型应多样化、美观化?是的,丰富一点好(24人)没必要,实用就好(2
13、6人)这个问题的所设两个选项的被选中的比例差不多:前者占48 %,后者占52%。虽然热水瓶的外型不很重要,但从市场方面考虑,我们可适当设计几款造型新颖的热水瓶,能够让人耳目一新。只要吸收到了顾客的目光,往往能增加销售量。 三、有关热水瓶的物理实验和科学分析1.水量对水温变化的影响在知晓热水瓶的保温原理之后,我们开始着手研究热水瓶所盛水的多少是否对保温效果产生影响。希望通过研究,能进一步了解热水瓶的保温性能,并对其提出合理建议,改善热水瓶,使其发挥最大保温功效。 于是,我们做了下面这个物理实验调查记录。时间:2005年5月14日 天气:雨 气温:1519从研究记录中可以看出,热水瓶中所盛开水的多
14、少对热水瓶内水温有着举足轻重的作用:热水瓶内水越多,保温性越好;不难看出,热水瓶中水越少空气体积越大,而据热传递得,水温应与空气温度相等,所以,空气体积越大,从水中输出的热量越多,自然水的温度越低。热水瓶中温度的丧失,是由于同空气进行热传递。只要隔绝了空气,热量便无法传递。所以,保持水量的充足,便是热水瓶保温的秘诀!热水瓶瓶的保温、保冷功能最差的地方是瓶颈周围,热量多在该处借助传导方式流通。因此,制造时总是尽可能缩短瓶颈,容量愈大而瓶口越小的保温瓶,保温效果愈好。2.容量对水温变化的影响时间温度体积-0ml-15ml-30ml-45ml-60ml-75ml-90ml-120ml-150ml6:4092.593.592.593.5939593.590.592.59:40888886868688898787.512:4084.585.584.585.58484838181.52:008283.5