熱傳遞方式
——水的導(dǎo)熱性實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

常 喬

（上海民辦華二初級(jí)中學(xué)，上海）

初中階段的科學(xué)課程是以對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，以提高學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)素養(yǎng)為宗旨的綜合課程。在初中開設(shè)科學(xué)課程，也是為了適應(yīng)時(shí)代和學(xué)生發(fā)展的需要，幫助學(xué)生從整體上認(rèn)識(shí)自然和科學(xué)知識(shí)，深化對(duì)科學(xué)知識(shí)原理的理解，促進(jìn)素質(zhì)教育的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新的能力，為學(xué)生認(rèn)識(shí)和適應(yīng)未來不斷變化的世界做好準(zhǔn)備。

水是最常見的液體。當(dāng)水受熱時(shí)，粒子間的距離增大，熱水因而膨脹，同時(shí)密度變得比冷水小，密度小的熱水向上升，密度大的冷水向下降，流回補(bǔ)充，形成對(duì)流。熱在水中主要的傳遞方式是對(duì)流。那么，水的導(dǎo)熱性如何？水能不能利用傳導(dǎo)的方式傳遞熱？

“水的導(dǎo)熱性”是（牛津上海版）科學(xué)六年級(jí)第二學(xué)期第五章能與能源中“空氣與水的導(dǎo)熱性”活動(dòng)5.11的內(nèi)容。

根據(jù)《上海市初中科學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求》，學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中，需要學(xué)會(huì)用控制變量的思想獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。結(jié)合對(duì)教材的理解和本章節(jié)教材的內(nèi)容，我重新設(shè)計(jì)了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)來代替這組實(shí)驗(yàn)，并順利完成了該部分的教學(xué)任務(wù)，并達(dá)到了預(yù)定的目的和效果。

改進(jìn)前

圖1

圖2

改進(jìn)后

圖3

圖4

這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)課本上安排了一組實(shí)驗(yàn)A、B（如圖1、圖2）。

先做實(shí)驗(yàn)A，發(fā)現(xiàn)酒精燈加熱后，溫度計(jì)顯示試管上部水溫上升很快。1分鐘后，溫度計(jì)已上升了42℃，再過1分鐘，試管中的水已全部沸騰，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能說明熱在水中的傳導(dǎo)性，因?yàn)榧訜嵩嚬芟虏?，熱水?huì)向上升，冷水向下流回補(bǔ)充，形成對(duì)流。此時(shí)，熱在水中以對(duì)流方式進(jìn)行傳遞，所以實(shí)驗(yàn)A不能說明水的導(dǎo)熱性。于是將實(shí)驗(yàn)A進(jìn)行改進(jìn)，改為酒精燈加熱試管中水的上部，如果仍用溫度計(jì)，那么溫度計(jì)水銀球放置于試管中水的底部，同樣加熱2分鐘，觀察溫度計(jì)示數(shù)沒有明顯變化。故將溫度計(jì)改為利用冰塊去探測試管底部溫度的變化情況，效果更加直觀。

A實(shí)驗(yàn)中試管上部水的溫度是用溫度計(jì)測量的，溫度上升雖然明顯，但只能找學(xué)生代表近距離觀察，座位在后面的同學(xué)不易觀察。B實(shí)驗(yàn)中冰塊放在試管的底部，在試管口加熱，結(jié)果是試管口的水沸騰了，而試管底部的冰沒有全部融化，實(shí)驗(yàn)效果一目了然。

如果按照教材實(shí)驗(yàn)順序來做，可以使學(xué)生了解到水的導(dǎo)熱性較差。但六年級(jí)學(xué)生普遍邏輯思維能力較強(qiáng)，A、B這組實(shí)驗(yàn)對(duì)他們來講未免有些淺顯。

受實(shí)驗(yàn)B的啟發(fā)，我重新設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)C（如圖3），去掉溫度計(jì)，改用冰塊，由于密度比較小，冰塊浮在試管中水面上，加熱試管底部。實(shí)驗(yàn)C與實(shí)驗(yàn)B組成一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

此組對(duì)比實(shí)驗(yàn)另兩處改進(jìn)：

1.冰塊事先用摻了紅墨水的水冷凍，試管中的水是無色的，實(shí)驗(yàn)效果非常直觀。

2.實(shí)驗(yàn)D（如圖4）中，與試管口等大的圓形鐵絲網(wǎng)較難制作，且利用它來固定冰塊比較有難度。故采用了在礦泉水瓶蓋上打孔的辦法（如圖5），且加上了一個(gè)鐵絲，便于拉出試管，增加了該演示實(shí)驗(yàn)的可操作性。

圖5

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)開始加熱，只用了1分鐘的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)C冰塊全部融化，而實(shí)驗(yàn)D中的冰塊大小沒有明顯變化。再加熱至2分鐘，C中試管口處有氣泡從試管加熱處豎直向上成串冒出，此時(shí)，C中上部水已沸騰，而實(shí)驗(yàn)D中的冰塊沒有全部融化。

經(jīng)改進(jìn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)（C、D）中酒精燈同時(shí)點(diǎn)燃。同時(shí)保證試管大小、水的體積、冰塊大小、酒精燈火焰大小均相同，只有冰塊的位置和酒精燈加熱點(diǎn)不同，節(jié)省了課堂演示實(shí)驗(yàn)的寶貴時(shí)間。

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，對(duì)比明顯。

實(shí)驗(yàn)C中，熱在水中能以對(duì)流的方式傳遞，熱水會(huì)向上升，故冰會(huì)融化。

實(shí)驗(yàn)D中，在試管上部加熱，熱在水中只能通過傳導(dǎo)的方式向下傳遞，而試管底部的冰并未融化，從而直觀地說明了水的導(dǎo)熱性較差，即水是熱的不良導(dǎo)體。

既然實(shí)驗(yàn)D試管口的水沸騰時(shí)，試管底部的冰沒有全部融化，也就是說試管底部溫度沒有明顯的變化。那么我們進(jìn)行了另一個(gè)大膽的實(shí)驗(yàn)設(shè)想“是否可以開水養(yǎng)金魚？”

如果仍利用實(shí)驗(yàn)D的裝置，采用試管，酒精燈放在試管口處加熱，用金魚代替冰塊，把金魚放進(jìn)試管中，金魚會(huì)游到試管口處，危及其生命。

為了避免上述情況的發(fā)生，同時(shí)考慮到實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，最后，我決定采用圓底燒瓶，金魚的活動(dòng)范圍也更大。將圓底燒瓶傾斜地固定好，使水剛好到燒瓶口的位置，酒精燈放在燒瓶口處加熱。由于光的折射作用，燒瓶里的金魚從外面觀察，顯得特別大。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果當(dāng)然是肯定的——沸水、活金魚共同存在（如圖6）。當(dāng)燒瓶口附近的水溫上升并達(dá)到沸騰后，燒瓶底部的金魚依然自由地游動(dòng)。

圖6

水中傳熱的方式主要是對(duì)流，水受熱后，熱水向上升，酒精燈只在燒瓶口處加熱，水的導(dǎo)熱性較差，熱量不容易傳到燒瓶底部，因此雖然燒瓶口處的水沸騰了，但燒瓶底部的水溫短時(shí)間內(nèi)不會(huì)升高很多，金魚仍會(huì)自由地游泳。這樣，開水里也可以養(yǎng)金魚。

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)A、B經(jīng)過改進(jìn)后，效果直觀，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)增加了“開水養(yǎng)金魚”的實(shí)驗(yàn)，效果特別好。學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也被調(diào)動(dòng)起來了，完美地完成了教學(xué)任務(wù)，使學(xué)生深刻地理解了水是導(dǎo)熱性較差的物質(zhì)。

總之，實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新有助于學(xué)生思維能力、觀察能力、創(chuàng)新能力和綜合分析能力的培養(yǎng)。我們?cè)谄綍r(shí)的教學(xué)中要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平、實(shí)驗(yàn)室擁有的客觀條件以及教學(xué)的需要，對(duì)現(xiàn)行教材中的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行大膽的改進(jìn)和創(chuàng)新，展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的魅力，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)思維的邏輯性、直觀性和有效性，使我們的教學(xué)更加精彩、更加有效。