錐形螺旋狀銅絲罩對(duì)酒精燈火焰溫度影響的探究及啟示

張志輝

摘要：運(yùn)用數(shù)字實(shí)驗(yàn)技術(shù)探究錐形螺旋狀銅絲罩對(duì)酒精燈火焰溫度的影響，分析銅絲能熄滅酒精燈的原因，從而認(rèn)識(shí)生產(chǎn)生活中銅絲為何能用于滅火防爆，體會(huì)數(shù)字實(shí)驗(yàn)技術(shù)相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：酒精燈；火焰溫度；銅絲罩；演示實(shí)驗(yàn)；探究

文章編號(hào)：1005–6629（2014）6–0055–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題的提出

講到義務(wù)教育九年級(jí)《化學(xué)》第四章“燃燒和滅火”時(shí)，在課堂上演示了一個(gè)實(shí)驗(yàn)（如圖1），將直徑1.2 mm左右的家用電線的普通銅絲繞成15～20圈、圈間隙約0.5 mm、高25～30 mm的錐形螺旋狀的罩。隨著銅絲罩的垂直下移，可觀察到酒精燈火焰越來越小，最終完全熄滅了。銅絲滅火了！銅絲能滅火？學(xué)生充滿了好奇和興奮。

對(duì)學(xué)生提問：為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象？

學(xué)生回答1：螺旋狀銅絲隔絕了氧氣，使酒精不能燃燒；

學(xué)生回答2：在加熱條件下銅絲與氧氣反應(yīng)消耗了氧氣，沒有了助燃物氧氣，使酒精不能燃燒；

學(xué)生回答3：銅絲是金屬，具有良好的導(dǎo)熱性，將熱量散失，使溫度降到酒精的著火點(diǎn)以下……

到底是什么原因呢？學(xué)生進(jìn)行了激烈的討論。

2 問題的解決

（1）向?qū)W生展示螺旋狀銅絲，學(xué)生隨即否定了回答1；

（2）將銅絲在酒精燈外焰上加熱1 min后冷卻，銅絲表面變黑，再次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，酒精燈依然熄滅，學(xué)生思考后否定了回答2；

（3）利用DIS數(shù)字實(shí)驗(yàn)技術(shù)的溫度傳感器進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

資料1：酒精燈的焰心為酒精蒸氣，本實(shí)驗(yàn)所用酒精燈（如圖2）的焰心高度約為15 mm（從離燈芯計(jì)），筆者通過三次平行測定，離燈芯5～10 mm處溫度約為 500℃，這與錢揚(yáng)義先生“酒精燈火焰溫度外焰最高嗎”文章中所測溫度基本相似[1]。

資料2：酒精的著火點(diǎn)是696 K（423℃），閃點(diǎn)是285 K（12℃）[2]；

酒精混合物閃點(diǎn)：80%酒精（19℃），60%酒精（22.75℃），40%酒精（26.25℃）；

本實(shí)驗(yàn)所用酒精為普通燈用酒精（用95%工業(yè)酒精配制，酒精濃度約為80%）。

3 具體實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將酒精燈置于大燒杯中，以減少空氣流動(dòng)對(duì)酒精燈火焰溫度的影響。

（2）將采集時(shí)間間隔設(shè)為1 s，按圖3所示，用溫度傳感器測出從外焰到離燈芯5～10 mm的焰心溫度，繪制為曲線1（如圖5所示）。

（3）將溫度傳感器固定在螺旋狀銅絲中間，將銅絲下壓，按圖4所示，重復(fù)上述步驟，繪制曲線2（如圖5所示）。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論

根據(jù)圖像和資料，學(xué)生明顯發(fā)現(xiàn)：本實(shí)驗(yàn)中錐形螺旋狀銅絲下壓，溫度明顯下降，說明銅絲具有良好的導(dǎo)熱性，能將熱量很快散失，使溫度降到酒精的著火點(diǎn)以下。

同時(shí)本實(shí)驗(yàn)中銅絲經(jīng)過處理（將直徑1.2 mm左右銅絲繞成15～20圈，圈間隙約0.5 mm，總高25～30 mm的錐形螺旋狀）對(duì)氣流流動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生影響：廢熱氣流受冷卻后不再快速上升，堵在火焰上方，使新鮮空氣難以補(bǔ)充上來。

綜上，多種因素共同作用，最終使酒精燈熄滅。

5 問題的啟示

（1）生產(chǎn)生活中散熱架、電腦CPU散熱器等都是利用銅絲良好的散熱性能而達(dá)到防火防爆的，引導(dǎo)學(xué)生多觀察生活，理論聯(lián)系生活，才能加深對(duì)知識(shí)的理解，如通過本實(shí)驗(yàn)對(duì)滅火的原理有了更好的認(rèn)識(shí)。

（2）科學(xué)實(shí)驗(yàn)是與技術(shù)的進(jìn)步密切相關(guān)的。有些問題受到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件的約束，無法解釋，借助DIS數(shù)字實(shí)驗(yàn)技術(shù)，能使問題得到很好的解決，如本實(shí)驗(yàn)中關(guān)于酒精燈火焰溫度變化的問題。

隨著DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)的逐漸普及，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引入數(shù)字實(shí)驗(yàn)，不但可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，還可以革新中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，拓展實(shí)驗(yàn)方法，節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。同時(shí)讓學(xué)生在“做科學(xué)”的探究實(shí)踐中解決學(xué)習(xí)中的問題，培養(yǎng)思維能力和實(shí)踐能力也是新課標(biāo)“讓學(xué)生更多的機(jī)會(huì)主動(dòng)地體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，在知識(shí)的形成、相互聯(lián)系和應(yīng)用過程中養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，學(xué)習(xí)科學(xué)的方法”的基本理念[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢揚(yáng)義，陳國泉.酒精燈火焰溫度外焰最高嗎[J].化學(xué)教育，2006，（7）：52～54.

[2]人民教育出版社. http：//www.pep.com.cn/czhx/xshzx/ tbxxzy/xjsh9s/dqdy/xyshpin/201008/t20100826_745125.htm.

[3]中華人民共和國教育部制定.全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.