哪支蠟燭先熄滅？

名師簡(jiǎn)介

張軍，江蘇省南京市玄武高級(jí)中學(xué)（梅園校區(qū)）STEM項(xiàng)目主管，江蘇省首席科技傳播專家，高級(jí)青少年科技輔導(dǎo)員；曾經(jīng)多次擔(dān)任省級(jí)以上賽事評(píng)委，撰寫的科普作品多次獲省級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)。

安全小貼士：

1.本實(shí)驗(yàn)要在安全無易燃物的地方操作，注意防火。

2.使用玻璃器皿之前要先預(yù)熱，防止炸裂。

進(jìn)入八年級(jí)，我們將學(xué)習(xí)一門新的學(xué)科——物理。在這門課的學(xué)習(xí)過程中，我們不僅能學(xué)到一些科學(xué)知識(shí)，掌握一些科學(xué)技能和科學(xué)方法，更重要的是還能鍛煉科學(xué)思維。而觀察和實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究最基本的方法，也是最重要的方法。下面，我們一起動(dòng)手做一做“哪支蠟燭先熄滅”的小實(shí)驗(yàn)，看看你能得出什么結(jié)論。

將長(zhǎng)短不一的蠟燭點(diǎn)燃，用玻璃罩罩住。哪支蠟燭先熄滅呢？先熄滅的原因又是什么呢？

在我們身邊有許多燃燒現(xiàn)象，比如，點(diǎn)燃的煤氣、篝火等。物體的燃燒是需要氧氣的（注意，并不是所有的“燃燒”都需要氧氣，將來我們會(huì)學(xué)習(xí)到），我們生活的空氣中就含有氧氣。當(dāng)玻璃罩內(nèi)氧氣濃度過低或者耗盡，火焰就會(huì)熄滅。燃燒會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，而二氧化碳不支持燃燒，可用于滅火。通常情況下，二氧化碳的密度大于空氣，會(huì)沉到空氣的下方。基于這些經(jīng)驗(yàn)，有人就會(huì)猜測(cè)，短的蠟燭會(huì)先熄滅。事實(shí)真是如此嗎？我們來驗(yàn)證一下。

先選取兩根長(zhǎng)度不同的蠟燭，點(diǎn)燃后用玻璃罩罩住。一段時(shí)間后，我們會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)，結(jié)果和我們的猜測(cè)剛好相反，長(zhǎng)的蠟燭先熄滅（如圖1）！這說明，燃燒產(chǎn)生的二氧化碳聚集在了玻璃罩內(nèi)的上方。是什么原因?qū)е露趸季奂谏戏侥兀?/p>

我們用可視測(cè)溫?zé)嵯駜x給玻璃罩拍個(gè)照，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，玻璃罩最高處的溫度超過了78℃，而底部位置只有24℃（圖2）。原來，溫度的差異會(huì)導(dǎo)致氣體分布發(fā)生變化，燃燒產(chǎn)生的二氧化碳由于溫度較高會(huì)升到空氣上方。同學(xué)們知道為什么高溫氣體會(huì)上升嗎？不妨自己去查一查吧！

那么，多放幾支蠟燭，比如放四支，從長(zhǎng)到短依次編號(hào)為 1、2、3、4，蠟燭會(huì)從 1 到 4 依次熄滅嗎？

如圖3所示，這一次的實(shí)驗(yàn)中，熄滅的順序是3、2、1、4。多做幾次實(shí)驗(yàn)后，我們會(huì)觀察到一些新的變化，如圖4所示，這次熄滅的順序是2、1、3、4?？磥恚?dāng)蠟燭變多時(shí)，玻璃罩內(nèi)不同位置的溫度差導(dǎo)致了更復(fù)雜的氣體分布差異。

貌似簡(jiǎn)單的問題，隱藏的科學(xué)原理可不少啊。學(xué)習(xí)物理，我們不能想當(dāng)然，也不能盲從他人的判斷，用實(shí)驗(yàn)去探究、去檢驗(yàn)才是科學(xué)可靠的方法。也只有在動(dòng)手實(shí)踐中，我們的思考才會(huì)不斷深入，才能發(fā)現(xiàn)新的問題。