用丁烷加碘改進(jìn)壓縮氣體液化實(shí)驗(yàn)

單海千

摘 要：本文從浙教版初中《科學(xué)》第一冊(cè)第四章中的“壓縮體積使氣體液化實(shí)驗(yàn)”出發(fā)，列舉該實(shí)驗(yàn)的不足之處，分析實(shí)驗(yàn)不理想的原因，提出了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的措施和操作方法，并從個(gè)人經(jīng)驗(yàn)出發(fā)提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新的一點(diǎn)心得。

關(guān)鍵詞：壓縮體積；液化；改進(jìn)；丁烷；碘

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）5-0061-3

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，教師在課堂上通過生動(dòng)形象的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生經(jīng)歷觀察物理現(xiàn)象的過程和信息處理的過程，能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、提出問題的能力以及分析概括的能力。一個(gè)可見度大、現(xiàn)象清晰的實(shí)驗(yàn)不僅能為學(xué)生生動(dòng)地積累感性材料，而且能形象、直觀地提示物理概念的本質(zhì)和物理現(xiàn)象的規(guī)律，有效地突破教學(xué)難點(diǎn)。而我們使用的教材在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上可能存在一些不足，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的效果和課堂教學(xué)的預(yù)期產(chǎn)生一些影響。多年來，筆者在物理教學(xué)過程中，通過對(duì)一些實(shí)驗(yàn)的不斷改進(jìn)、反思和反復(fù)實(shí)踐，有了一些新的做法和深刻體會(huì)，也取得了良好的教學(xué)效果?，F(xiàn)以浙教版初中《科學(xué)》第一冊(cè)第四章中的“壓縮體積使氣體液化實(shí)驗(yàn)”為例談實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新。

1 教材演示實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)

1.1 教材演示實(shí)驗(yàn)

浙教版初中《科學(xué)》第一冊(cè)第四章第六節(jié)《汽化與液化》，關(guān)于在常溫下壓縮體積可以使氣體液化的實(shí)驗(yàn)，教材通常采用玻璃注射器和乙醚來完成（如圖1所示）。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）將少量乙醚吸進(jìn)注射器，取下針頭。用橡皮帽把注射器的小孔堵住。

（2）握住注射器的下端，注射器內(nèi)的乙醚

。

（3）向內(nèi)推動(dòng)活塞，注射器內(nèi)的乙醚氣體將

。[1]

1.2 師生對(duì)原實(shí)驗(yàn)的滿意度分析

該實(shí)驗(yàn)筆者做過多次，每次的效果都不好。針對(duì)原實(shí)驗(yàn)，筆者調(diào)查了部分同事和學(xué)生，結(jié)合自己的感受，認(rèn)為原實(shí)驗(yàn)存在以下不足：

（1）教師認(rèn)為原實(shí)驗(yàn)操作不方便，不實(shí)用。一些同事反映乙醚是管制藥品，我們學(xué)校沒有配備乙醚，實(shí)驗(yàn)沒法做。同時(shí)，乙醚極易揮發(fā)、有刺激性氣味、有毒。而在吸取乙醚時(shí)容器口是敞開的，加之操作不當(dāng)?shù)仍驎?huì)造成部分乙醚泄漏對(duì)人體造成不良反應(yīng)，具有一定的危險(xiǎn)性。一些同事反映乙醚為無色透明液體，教師做演示實(shí)驗(yàn)，液化、汽化現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)的可見性不好，學(xué)生不易觀察。一些同事認(rèn)為操作時(shí)兩手齊用，操作不方便，展示也不方便。還有一些同事反映原實(shí)驗(yàn)吸入乙醚的量往往偏多，即使量剛好，乙醚也不易汽化，實(shí)驗(yàn)很難成功。

（2） 學(xué)生認(rèn)為原實(shí)驗(yàn)太“遠(yuǎn)”了。一些學(xué)生開玩笑地說課堂上最遠(yuǎn)的距離就是實(shí)驗(yàn)明明就在眼前，但我沒有看見，連那個(gè)乙醚的影子都沒有看到，更不要說汽化和液化的過程了（實(shí)驗(yàn)的可見性低和可信度不高）。一些學(xué)生認(rèn)為乙醚離我們的生活太遠(yuǎn)了，我們都不知道乙醚是干什么的（實(shí)驗(yàn)材料學(xué)生不熟悉，沒有貼近生活）。一些學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)都是老師一個(gè)人演示的，如果能讓我們來操作該有多好（學(xué)生的參與度不夠）。

1.3 原實(shí)驗(yàn)不理想的原因分析

由熱學(xué)知識(shí)可知，裝在密閉容器中的液體，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，當(dāng)在相同的時(shí)間內(nèi)由液體中逸出的分子與返回液體的分子數(shù)相等時(shí)，宏觀蒸發(fā)過程停止，蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)。我們估算一下：一般實(shí)驗(yàn)室所用注射器的最大有效容積為100毫升，常溫下（20 ℃）乙醚飽和蒸氣的密度約為ρ=1.777×10 g·cm-3，則m=ρv=0.18 g。

由于注射器的容積有限，要使乙醚全部液化，最多只能吸入注射器最大容積所對(duì)應(yīng)的乙醚飽和蒸氣的質(zhì)量[2]。再結(jié)合液態(tài)乙醚的密度（0.713 g·cm-3）估算出吸入針筒的最大液態(tài)乙醚體積為0.25毫升左右。教材中只說“吸少量乙醚”，實(shí)驗(yàn)者往往難以把握。即使知道所需乙醚的量，這么少的乙醚教師在吸的過程中往往不好控制。

另外，乙醚的沸點(diǎn)為34.6 ℃，在冬天汽化過程比較慢，要使其快速汽化，需要用較大的力拉動(dòng)活塞，如按圖1所示實(shí)驗(yàn)，操作極不方便。而教材建議用手握住注射器的下端，讓乙醚快速吸熱汽化，筆者認(rèn)為這個(gè)操作是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和優(yōu)點(diǎn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置所需材料及制作方法

裝置如圖2、3所示。去掉點(diǎn)火器的打火機(jī)、剪掉針頭的輸液管、針筒（教師演示用100毫升、學(xué)生活動(dòng)用10毫升）按圖示連接。 為了增加演示實(shí)驗(yàn)的可視性可在100毫升的針筒內(nèi)先放一粒碘，演示裝置壓活塞時(shí)所需的力較大，可配一個(gè)硅膠槍。

2.2 操作步驟及現(xiàn)象

（1）松開夾子，打開打火機(jī)，向針筒中充丁烷氣體，活塞往后退。

（2）待針筒中充滿氣體時(shí)（可延遲5秒，以活塞不蹦出針筒為宜），關(guān)閉打火機(jī)，用夾子夾住輸液管。

（3）把針筒裝入硅膠槍內(nèi)，緩緩?fù)苿?dòng)針筒活塞，注射器內(nèi)出現(xiàn)液滴，繼續(xù)向里推進(jìn)活塞，液體的量逐漸增多，碘溶于丁烷，溶液呈紅棕色（如圖4所示，可借助實(shí)物投影儀將實(shí)驗(yàn)過程展示給學(xué)生看），松開硅膠槍馬上可見液態(tài)丁烷汽化，碘析出后分布在針筒內(nèi)壁。

2.3 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）打火機(jī)內(nèi)的丁烷沸點(diǎn)為-0.5 ℃，即使在冬天也易汽化，不需要用很大的力氣來拉活塞使其汽化。同時(shí)，針筒內(nèi)先充滿氣體再液化，不需要考慮過多的液體沒有汽化對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

（2）打火機(jī)貼近學(xué)生生活，激發(fā)學(xué)生興趣。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)?zāi)芾斫獯蚧饳C(jī)中的丁烷在常溫下是如何液化的。

（3）實(shí)驗(yàn)材料常見、組裝方便、可單手操作，可在室內(nèi)巡回演示或用實(shí)物投影展示教學(xué)效果。丁烷在密閉的系統(tǒng)中運(yùn)作，不會(huì)泄漏，更加安全，可以讓學(xué)生親自操作或課后自己組裝，強(qiáng)化了學(xué)生的親身體驗(yàn)，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

3 對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的心得

1.做實(shí)驗(yàn)、找缺點(diǎn)。教師在處理實(shí)驗(yàn)過程中最常用的方法就照著課本、教參做。這在大多數(shù)情況下是可行的，因?yàn)檎n本和教參上的實(shí)驗(yàn)都是編者經(jīng)過精心挑選的，有其普遍性和優(yōu)越性，也就是說它們基本符合學(xué)生與老師的要求。我們應(yīng)多次實(shí)驗(yàn)，以尋找實(shí)驗(yàn)的最佳效果并最大限度地展示給學(xué)生看。但是，一本教參或是課本不可能把問題考慮得面面俱到，總有缺點(diǎn)。我們可以通過做實(shí)驗(yàn)和調(diào)查來發(fā)現(xiàn)原實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，把原實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)一一列舉出來，每發(fā)現(xiàn)一個(gè)缺點(diǎn)，也就找到了一個(gè)創(chuàng)新的課題。

2.搜資料、借方法。當(dāng)發(fā)現(xiàn)原實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)時(shí)，我們可以到網(wǎng)上去搜資料、問同事。借同事的、名師的、專家的對(duì)某一實(shí)驗(yàn)的處理措施，用到自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去。這樣的確會(huì)使實(shí)驗(yàn)教學(xué)增色不少，但 “借”到的東西可能也存在一些不足，要想實(shí)驗(yàn)更簡(jiǎn)單、更實(shí)用、更有趣，得自己“靈活應(yīng)變”“自力更生”。

3.整資源，求創(chuàng)新。當(dāng)教材中的實(shí)驗(yàn)和別人的方法還是不能讓自己和學(xué)生滿意的時(shí)候，我們就要整合各種資源，自己創(chuàng)新。筆者在本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新過程中整合了多種資源。例如，有些教師在原實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上用碘來染色，增加實(shí)驗(yàn)的可視性，但操作還是不方便。有些教師用打火機(jī)中的丁烷做實(shí)驗(yàn)，但氣體不易收集且有泄漏。筆者在他們的基礎(chǔ)上通過整合，對(duì)原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，取得了較好的效果。

4.要細(xì)心，重安全。由于丁烷在常溫和常壓時(shí)是易燃?xì)怏w，教師在準(zhǔn)備、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)要細(xì)心作業(yè)，注意安全。在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)和學(xué)生課外作實(shí)驗(yàn)時(shí)，更要充分強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。千萬不可大意。

總之，我們?cè)谄綍r(shí)的教學(xué)中要善于發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，要善于利用身邊的器材做實(shí)驗(yàn)。這樣既可以拉近物理學(xué)與生活的距離，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)的親切感、真實(shí)性，又能補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)課程資源，有利于增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱清時(shí).科學(xué)（七年級(jí)上冊(cè)）[M].杭州：浙江教育出版社，2012：153.

[2]曹衛(wèi)軍.壓縮氣體液化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2007（2）：38.