雷宏

(高臺縣第三中學(xué) 甘肅 高臺 734300)

“水沸騰”實(shí)驗(yàn)是北師大版八年級上冊教材第一章“物態(tài)及其變化”第四節(jié)“汽化和液化”中的一個實(shí)驗(yàn)．“水沸騰”是日常生活中常見的一種現(xiàn)象，但學(xué)生對其具體特征不一定清楚.這又是八年級剛開始學(xué)習(xí)物理的一個實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)很感興趣，因此成功做好這個實(shí)驗(yàn)非常重要．

1 目前水沸騰實(shí)驗(yàn)存在的問題

“水沸騰”實(shí)驗(yàn)是本節(jié)課的一個重點(diǎn)，要求學(xué)生從“水沸騰”實(shí)驗(yàn)中觀察現(xiàn)象，并會用繪圖方法和文字描述沸騰的特征．因此，給燒杯中的水加熱并使之沸騰是該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵．雖然實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)結(jié)論都很明顯，但其具體操作時常常會出現(xiàn)以下問題．

1.1 氣泡大小的變化現(xiàn)象不易觀察

本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容是蒸發(fā)和沸騰，“水沸騰”實(shí)驗(yàn)只是這一節(jié)課中的一部分內(nèi)容.為了能完成本節(jié)課的教學(xué)，必須要求學(xué)生在有限的時間里完成這個實(shí)驗(yàn).大多數(shù)教師一般采用小燒杯加少量的水來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．這樣做雖然節(jié)省了時間，但由于水的深度不夠，氣泡上升得比較快，學(xué)生來不及觀察氣泡大小的變化情況，氣泡就已經(jīng)上升到水面破裂了．氣泡大小的變化情況是學(xué)生實(shí)驗(yàn)要觀察的一部分，也是絕大多數(shù)學(xué)生的盲點(diǎn)．這樣做雖然縮短了加熱時間，但氣泡大小的變化卻不易觀察，影響整個實(shí)驗(yàn)的效果．

圖1

1.2 溫度計液泡位置的高低影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論

筆者通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度計玻璃泡浸入水中的深度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有重要影響．實(shí)驗(yàn)時實(shí)驗(yàn)者受以前的經(jīng)驗(yàn)和教材插圖(圖1)的影響，習(xí)慣性的將溫度計的玻璃泡放在水的中層或中下層，這樣做雖然能完成實(shí)驗(yàn)，觀察到水沸騰的溫度，但實(shí)際水還未真正沸騰時，水的中層或中下層的溫度已達(dá)到沸點(diǎn).實(shí)驗(yàn)者根據(jù)記錄的溫度，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時就容易得出這樣錯誤的結(jié)論：水沸騰之前溫度就保持不變．

1.3 燒杯加蓋不當(dāng)會使水沸點(diǎn)升高影響溫度計的讀數(shù)

圖2

水在加熱過程中會產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣在向空氣中散熱時會吸收水的熱量使水的溫度降低.水的溫度越高形成的水蒸氣就越多，水溫升高的就越慢.為了能使水的溫度盡快上升，減少水的蒸發(fā)，實(shí)驗(yàn)者常常采用在燒杯上加蓋的方法(圖2)，阻止水蒸氣散失，以加快水溫的升高，縮短加熱時間．由于水蒸氣的聚集，而使水面氣壓增大，則會導(dǎo)致水的沸點(diǎn)上升，在沸騰過程中，會出現(xiàn)邊沸騰邊升溫的現(xiàn)象，難以探究溫度變化的特點(diǎn)．若不加蓋，則加熱時間太長，且在水沸騰時，會因?yàn)樗魵馍仙夯纬伸F氣而看不清楚溫度計的示數(shù)，并且溫度計上的水霧會使讀數(shù)比正常值偏高．

1.4 熱源不足使水的溫度上升太慢

實(shí)驗(yàn)中的熱源直接影響水溫上升，熱源的加熱力度弱就會使實(shí)驗(yàn)時間變長．水在加熱過程中從熱源吸收的熱量多，水就越容易汽化變成水蒸氣，水在汽化時會吸收大量的汽化熱，水面蒸發(fā)現(xiàn)象隨著溫度的升高而加?。虼怂疁厣叩耐瑫r也在向外界放出熱量，水溫在上升至沸點(diǎn)的過程中，溫度低時水溫上升得快，溫度越高時水溫上升的就越慢．學(xué)生實(shí)驗(yàn)中通常采用的熱源是酒精燈，而酒精燈提供的熱量又很有限，在水溫較高的情況下，水從熱源吸收的熱量如不能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水向外界放出的熱量，溫度上升會明顯變慢，增加了實(shí)驗(yàn)的用時.甚至當(dāng)水從熱源吸收的熱量等于水向外界放出的熱量時，水溫不再上升，就不能觀察到沸騰．

2 對沸騰實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

筆者經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)嘗試，根據(jù)學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際情況，對“水沸騰”實(shí)驗(yàn)做了如下的改進(jìn)．

2.1 實(shí)驗(yàn)時用60℃的水水量不宜過少

實(shí)驗(yàn)中為了縮短加熱時間采用預(yù)先加熱的方式，先用電熱水壺將水加熱到60 ℃左右，這個溫度是水繼續(xù)升溫的過程中，燒杯壁和燒杯底都有較多的小氣泡生成，氣泡逐漸從燒杯底部開始慢慢的上升，氣泡逐漸變小最后消失．為了能更好地觀察氣泡的變化情況，水量應(yīng)該適當(dāng)多一些，可采用250 ml的燒杯，加水約150 ml左右.這既縮短了實(shí)驗(yàn)時間，又能清楚地觀察到氣泡的變化情況．

2.2 溫度計的液泡應(yīng)剛好浸沒在水面之下

溫度計玻璃泡浸入水中的深度對測量結(jié)果有重要影響．水沸騰前，把溫度計的液泡放在水的上層測得的溫度，比放在水的中下層測得的溫度要高2 ℃～3℃．因?yàn)樗菬岬牟涣紝?dǎo)體，當(dāng)容器里的水溫度較低時，上層和下層的水溫相差較大，對流運(yùn)動劇烈.對流的結(jié)果使得水上層溫度較高，下層溫度較低，呈現(xiàn)“上熱下冷”的現(xiàn)象.當(dāng)整個容器里的水溫度較高時，上層和下層的水溫差就比較小，對流運(yùn)動不太劇烈，結(jié)果使得下層水溫度較高，上層水溫度較低，呈現(xiàn)“上冷下熱”的現(xiàn)象．為了得到正確的結(jié)論筆者認(rèn)為應(yīng)該將溫度計的玻璃泡剛好浸沒在水面下；因?yàn)榇宋恢玫乃_(dá)到沸點(diǎn)時，整個燒杯內(nèi)的水也就真正沸騰了.這樣得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就比較真實(shí)．

2.3 燒杯加蓋帶孔透明硬塑料片防止水沸點(diǎn)升高

筆者認(rèn)為，要縮短實(shí)驗(yàn)時間，最有效的方法是在燒杯上加蓋，但要做到加蓋后既不能封住燒杯口又能阻擋水蒸氣在溫度計上發(fā)生的液化現(xiàn)象，使讀出的溫度不會產(chǎn)生偏差．筆者對燒杯上的蓋做了一些改進(jìn)．采用三片(一大二小)透明硬塑料片(圖3)，在大片薄透明塑料片中間鉆一小孔，使溫度計剛好穿過去，固定在溫度計位于50 ℃的位置上，擋住上升的水蒸氣．另兩小片的邊緣分別剪一個大橢圓形缺口，兩片放在一起蓋在燒杯口．剛開始加熱時兩缺口錯開封住燒杯口，盡量不讓水蒸氣漏出，待水溫升到大約90℃左右時移動塑料片使兩缺口重合讓部分水蒸氣漏出，以減小燒杯內(nèi)的氣壓．這樣做既有效地防止了加熱時由于燒杯中的氣壓增大使水的沸點(diǎn)升高，又提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性．

圖3

2.4 用大熱源加熱

這是一個簡單熟悉的實(shí)驗(yàn)，如果因簡單而不被重視，因熟悉而不深究，實(shí)驗(yàn)可能失敗．物理教師如能認(rèn)真做好每一個實(shí)驗(yàn)，重視改進(jìn)，以節(jié)約教學(xué)時間，使學(xué)生能觀察到清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這樣才能有效地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用．

1 徐雙華.水沸騰實(shí)驗(yàn)探究.初中生輔導(dǎo)，2008(27)

2 常程光，孫杰.“水沸騰實(shí)驗(yàn)”中影響所測沸點(diǎn)結(jié)果的因素.物理通報，2009(9)：40～42