于 斌,梁美彥

(1.北京市第十三中學(xué)分校,北京100009;2.小店區(qū)第一中學(xué),山西太原030032)

1 傳統(tǒng)熔化凝固實驗的弊端

傳統(tǒng)的固體熔化和凝固實驗都是使用普通實驗室酒精溫度計來對溫度進行監(jiān)控的,從40℃左右開始每隔1 min記錄1次溫度數(shù)據(jù),就探究熔化現(xiàn)象的規(guī)律來講存在如下問題:

1)一次只能探究一種物質(zhì),且需時刻注意溫度計的示數(shù)和物質(zhì)的狀態(tài),實驗時間較長.

2)溫度計的精確度和讀數(shù)的誤差會對實驗結(jié)果造成很大影響.

3)只能記錄實驗過程中有限的數(shù)據(jù),沒有取到的數(shù)據(jù)很有可能會影響到實驗數(shù)據(jù)圖的形狀,直接影響學(xué)生對固體熔化規(guī)律的認識,不易說明問題.

4)以往千篇一律的做法,沒有新意,很難培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

針對以上弊端,對本實驗進行了如下改進.

2 熔化凝固實驗的改進

2.1 實驗器材

實驗所需材料:海波,石蠟,燒杯2個,小試管2個,鐵架臺2個,酒精燈2個,碎銅絲少許,溫度傳感器4個,數(shù)據(jù)采集器1個(相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件),電腦.

2.2 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示.

1)在石蠟晶體和海波晶體內(nèi)加入少許碎銅絲.因為石蠟和海波都是熱的不良導(dǎo)體,加入碎銅絲后可以提高其導(dǎo)熱性,使溫度測量的準確性得到提高.

圖1 實驗裝置圖

2)在裝有石蠟和海波的試管內(nèi)分別插入2支溫度傳感器,然后在其所處的水浴也分別插入2支溫度傳感器.

3)將2支攪拌器分別放入2個大燒杯內(nèi),在實驗過程中起攪拌作用,加快水的對流,使其受熱均勻.

2.3 實驗操作

1)數(shù)據(jù)采集器設(shè)置.溫度采集的速率設(shè)置為每秒1個數(shù)據(jù),采集總數(shù)為2 000個,顯示方式為圖像和數(shù)字同時顯示.

2)水浴溫度的設(shè)置.在2個燒杯中加入適量的熱水,將裝有石蠟和海波的小試管放入其中,待其達到熱平衡.

3)加熱熔化.點燃酒精燈,同時啟動數(shù)據(jù)采集器對溫度進行監(jiān)控.不斷攪拌水浴,控制酒精燈的火力,使得試管內(nèi)物質(zhì)和水浴的溫差控制在4℃以內(nèi).

4)數(shù)據(jù)顯示.在實驗過程中,只需要攪拌水浴并且嚴格地監(jiān)控溫差,數(shù)據(jù)采集器會把采集到的數(shù)據(jù)自動傳給電腦軟件進行處理和分析,并作出相應(yīng)的溫度-時間圖像.待實驗結(jié)束后,停止數(shù)據(jù)采集.

5)凝固圖像研究.待熔化實驗結(jié)束以后,熄滅酒精燈,當(dāng)石蠟和海波溫度不再上升后重新啟動數(shù)據(jù)采集器,記錄石蠟和海波凝固時的溫度-時間的變化關(guān)系.

2.4 數(shù)據(jù)處理

待實驗全部結(jié)束后,將數(shù)據(jù)以圖像的形式顯示出來,如圖2～3所示,通過對比海波與石蠟熔化和凝固的溫度-時間圖像,得出晶體和非晶體的概念及熔化凝固特點.

圖2 熔化圖像

圖3 凝固圖像

3 結(jié)束語

通過對實驗的改進,使石蠟和海波的熔化實驗可以同時進行,而且通過數(shù)據(jù)采集器對實驗全程的數(shù)據(jù)進行采集,得到的溫度-時間圖像能反映出熔化的全過程,溫度變化清晰可見,客觀性強.熔化實驗完成后可直接做凝固實驗,這樣不僅可以節(jié)省時間,而且結(jié)果形象直觀.

[1] 崔秀梅.初中物理新課程教學(xué)法[M].北京:首都師范大學(xué)出版社,2004.

[2] 李遠蓉,朱霞,鄧磊.物理探究式教學(xué)設(shè)計與案例分析[M].北京:高等教育出版社,2003.

[3] 物理課程標(biāo)準研制組.初中物理新課程案例與評析[M].北京:高等教育出版社,2003.