安徽省太和縣第三中學(xué)(236600) 劉賀俠

“探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)”是人教版八年級物理上冊第3章第3節(jié)“汽化和液化”中的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)主要探究的是水在沸騰時(shí)的溫度特點(diǎn)，沸騰前及沸騰后水中生成氣泡在上升過程中體積的變化規(guī)律，以及水沸騰過程中的吸放熱情況。應(yīng)該說，學(xué)生在這之前已經(jīng)做了“探究海波熔化時(shí)溫度變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)掌握了實(shí)驗(yàn)探究過程中的一些要點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)問題，這就為本節(jié)課需要做的這個(gè)“新”實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，通過對該實(shí)驗(yàn)的探究及相關(guān)問題的討論，可以幫助學(xué)生解釋大量生活生產(chǎn)中的與沸騰現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際問題，體現(xiàn)了新課程所倡導(dǎo)的物理課教學(xué)要“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念。

1 教科書實(shí)驗(yàn)的不足

根據(jù)“探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)總結(jié)的結(jié)論，可以很好的幫助學(xué)生解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象。但是筆者發(fā)現(xiàn)，如果按照教科書設(shè)置的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究，會(huì)存在一些突出問題，這主要表現(xiàn)在以下幾方面：①實(shí)驗(yàn)耗時(shí)太長，用酒精燈火焰加熱燒杯中的水至水沸騰，即便火焰調(diào)得很大，也往往需要10 min左右的時(shí)間(遇到氣溫低的天氣，需要的時(shí)間更長)，花費(fèi)過多的時(shí)間燒水，影響后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)；②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，主要體現(xiàn)在沸騰前后水中生成氣泡上升過程中體積變化規(guī)律的特點(diǎn)不明顯；③水的沸點(diǎn)與氣壓的定性關(guān)系不能很好地展示，使得課堂效率不高。鑒于此，筆者對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

2.1 減少加熱時(shí)間的改進(jìn)

對“探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)”這個(gè)實(shí)驗(yàn)，很多物理教輔資料也有減少加熱時(shí)間的方法介紹，綜合起來，大概有4種方法：①減少水的質(zhì)量;②提高水的初溫;③在燒杯上加1個(gè)蓋子;④增大酒精燈的火焰。筆者認(rèn)為這些方法雖然可行，但是并不能很好地縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，也不能使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。為此，筆者做了如圖1所示的改進(jìn)，具體如下。

用試管裝水加熱取代用燒杯裝水加熱。由于試管的橫截面積比燒杯的橫截面積小，這樣，即便里面的水很深，水的質(zhì)量也相對比較小，通常情況下，用酒精燈加熱1 min左右的時(shí)間就可以將水燒開，大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。同時(shí)，用試管裝水加熱時(shí)，水的深度較燒杯中要深得多。在燒杯內(nèi)裝水加熱時(shí)，為了縮短加熱時(shí)間，水的深度通常只有3 cm左右，加熱過程中形成的氣泡，剛發(fā)現(xiàn)在水中上升，很快就已經(jīng)到達(dá)水面了，根本看不清氣泡在上升過程中體積大小的變化規(guī)律。而試管中水的深度較大，可以達(dá)到10 cm左右，實(shí)驗(yàn)過程中(包括水在沸騰前和水的沸騰過程中)可以非常明顯地觀察到氣泡在水中上升過程中體積的變化規(guī)律。

圖1 水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)所需的器材分別是：鐵架臺(tái)、酒精燈、打火機(jī)、橡膠塞、溫度計(jì)。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的步驟：

(1)如圖1所示，組裝好實(shí)驗(yàn)裝置(用橡膠塞和夾子固定住溫度計(jì)的目的是防止水沸騰的過程中溫度計(jì)與試管壁碰撞)。

(2)點(diǎn)燃酒精燈，觀察水沸騰前后水中生成氣泡上升過程中體積大小變化規(guī)律，記錄時(shí)間與溫度計(jì)的相應(yīng)示數(shù)，觀察水沸騰時(shí)溫度變化特點(diǎn)。

改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間更短，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。

2.2 沸點(diǎn)與氣壓定性關(guān)系實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

教科書中“小資料”雖然介紹了標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下各物質(zhì)的沸點(diǎn)，但是并沒有說明水的沸點(diǎn)與氣壓有著怎樣的關(guān)系，而在后續(xù)教學(xué)中學(xué)生又必須了解水的沸點(diǎn)跟氣壓的定性關(guān)系。為了幫助學(xué)生更好地理解這一知識點(diǎn)，筆者對上述已經(jīng)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再次改進(jìn)，改進(jìn)裝置如圖2所示。

(a) (b)圖2 沸點(diǎn)與氣壓定性關(guān)系實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置

實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)、酒精燈、打火機(jī)、橡膠塞、溫度計(jì)、玻璃彎管、橡膠管、注射器、氣球。

實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)將插有溫度計(jì)與玻璃彎管的橡膠塞蓋在裝水的試管口，如圖2(a)所示，玻璃彎管的外端緊套氣球，注意橡皮塞應(yīng)塞緊。點(diǎn)燃酒精燈觀察氣球的變化以及水沸騰時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)即可總結(jié)水的沸點(diǎn)與氣壓的定性關(guān)系規(guī)律(應(yīng)選擇勁度系數(shù)較大，容積稍小的氣球，這樣在氣球體積變化過程中水面上方壓強(qiáng)的變化更為明顯)。

(2)停止加熱，水沸騰停止之后，讓學(xué)生觀察水中有無氣泡生成。之后將氣球取下，用橡皮管連接注射器與玻璃彎管的外端，如圖2(b)所示，緩慢向外抽氣的同時(shí)，讓學(xué)生觀察水中的情況(會(huì)有大量氣泡生成)，并記錄溫度計(jì)的示數(shù)，進(jìn)一步總結(jié)和完善水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系結(jié)論。

改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：幫助學(xué)生直觀感知沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)所需器材較少，操作方便。與教科書中的探究水沸騰過程中溫度特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)相比，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，不僅明顯縮短了燒水所用的時(shí)間，能夠騰出更多的時(shí)間用于后續(xù)內(nèi)容的教學(xué)，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯。學(xué)生可以直觀地觀察到水沸騰前后生成的氣泡上升過程中體積的變化規(guī)律，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)水的沸點(diǎn)與氣壓的定性關(guān)系。