“觀察水的沸騰”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

河北省興隆縣三道河鄉(xiāng)中學(xué) 管余 林鳳宇

河北省興隆縣藍(lán)旗營(yíng)鄉(xiāng)中學(xué) 李海艷

“觀察水的沸騰”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

河北省興隆縣三道河鄉(xiāng)中學(xué) 管余 林鳳宇

河北省興隆縣藍(lán)旗營(yíng)鄉(xiāng)中學(xué) 李海艷

一、問(wèn)題的提出

“觀察水的沸騰”實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)，利用該實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明水沸騰的規(guī)律。在現(xiàn)行的教材中，人教版和滬科版都是利用如圖1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，而北師大版和滬粵版則只是在此基礎(chǔ)上將燒杯口上的蓋子去掉了。但利用上述裝置的弊端仍有很多：①所需器材多，組裝麻煩；②為了更好地觀察氣泡的變化過(guò)程，實(shí)驗(yàn)時(shí)一般采用的是涼水，加之學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的燒杯容量大，造成實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；③沸騰前后現(xiàn)象不夠明顯：沸騰前后均未聽(tīng)到響聲，在水沸騰后也未見(jiàn)大量氣泡冒出；④個(gè)別實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論不符。

首先，針對(duì)燒杯口較大造成熱量散失較多的情況，人教版和滬科版在杯口蓋上紙蓋，但這導(dǎo)致杯內(nèi)氣壓高于外界大氣壓，因此水的沸點(diǎn)升高；其次，在撤去酒精燈后，由于鐵圈和石棉網(wǎng)的余熱，水還要繼續(xù)沸騰一段時(shí)間，這與理論上的“停止加熱，沸騰停止”不符。

除了利用燒杯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)外，在教科版物理教材中用粗試管代替燒杯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。這雖然克服了部分弊端，但該裝置中依然存在鐵圈和石棉網(wǎng)，故還是沒(méi)有解決“停止加熱，沸騰停止”的問(wèn)題。

我們利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)器材中的試管夾，對(duì)教科版實(shí)驗(yàn)裝置稍作改進(jìn)，就能觀察到水的沸騰規(guī)律，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，教學(xué)的效度非常高。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證

器材選擇：酒精燈、溫度計(jì)、試管夾、長(zhǎng)約18 cm直徑為1.7 cm的試管、火柴。

實(shí)驗(yàn)方法：①用試管夾夾住試管，并向試管中倒入5 mL～10 mL的冷水；

②用酒精燈將水加熱至沸騰，如圖3所示，每隔30秒記錄一次水的溫度，并注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（注意小組合作：一人用試管夾夾著試管加熱，另一人拿著溫度計(jì)測(cè)量溫度，盡量將玻璃泡放置在水面以下2 mm～3 mm處）；

③作出水沸騰時(shí)溫度和時(shí)間關(guān)系的圖像，分析水沸騰時(shí)溫度隨時(shí)間變化的特點(diǎn)。

圖1

圖2

圖3

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)所需器材少，易于操作。

（2）加熱時(shí)間大大縮短，從開(kāi)始加熱到沸騰只需3分鐘左右。

（3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯：①仍可選用冷水，便于學(xué)生觀察試管壁和試管底氣泡的形成；②沸騰前后氣泡的體積變化明顯；③沸騰前后聲音的變化明顯：既可以聽(tīng)到聲音的變化特征，又可以通過(guò)沸騰前后水的振動(dòng)情況來(lái)感知聲音的變化規(guī)律。

（4）不需蓋蓋子，保證不同小組實(shí)驗(yàn)環(huán)境客觀一致。

（5）解決了原實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)象與理論不符的問(wèn)題：用試管進(jìn)行加熱，撤去酒精燈后，試管中的水立刻停止沸騰。

四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的缺點(diǎn)

（1）加熱至沸騰的時(shí)間過(guò)短，不利于記錄水沸騰前的時(shí)間和溫度。

（2）水沸騰時(shí)過(guò)于劇烈，溫度計(jì)在水中難以穩(wěn)定，讀數(shù)不方便。