“水沸腾”实验教学的几点改进

2011-01-24雷宏

物理通报 2011年1期

雷宏

(高台县第三中学甘肃高台 734300)

“水沸腾”实验是北师大版八年级上册教材第一章“物态及其变化”第四节“汽化和液化”中的一个实验．“水沸腾”是日常生活中常见的一种现象，但学生对其具体特征不一定清楚.这又是八年级刚开始学习物理的一个实验，学生对实验很感兴趣，因此成功做好这个实验非常重要．

1 目前水沸腾实验存在的问题

“水沸腾”实验是本节课的一个重点，要求学生从“水沸腾”实验中观察现象，并会用绘图方法和文字描述沸腾的特征．因此，给烧杯中的水加热并使之沸腾是该实验的关键．虽然实验及相应结论都很明显，但其具体操作时常常会出现以下问题．

1.1 气泡大小的变化现象不易观察

本节课的教学内容是蒸发和沸腾，“水沸腾”实验只是这一节课中的一部分内容.为了能完成本节课的教学，必须要求学生在有限的时间里完成这个实验.大多数教师一般采用小烧杯加少量的水来进行实验．这样做虽然节省了时间，但由于水的深度不够，气泡上升得比较快，学生来不及观察气泡大小的变化情况，气泡就已经上升到水面破裂了．气泡大小的变化情况是学生实验要观察的一部分，也是绝大多数学生的盲点．这样做虽然缩短了加热时间，但气泡大小的变化却不易观察，影响整个实验的效果．

图1

1.2 温度计液泡位置的高低影响实验结论

笔者通过实验发现，温度计玻璃泡浸入水中的深度对实验结果有重要影响．实验时实验者受以前的经验和教材插图(图1)的影响，习惯性的将温度计的玻璃泡放在水的中层或中下层，这样做虽然能完成实验，观察到水沸腾的温度，但实际水还未真正沸腾时，水的中层或中下层的温度已达到沸点.实验者根据记录的温度，最后进行数据分析时就容易得出这样错误的结论：水沸腾之前温度就保持不变．

1.3 烧杯加盖不当会使水沸点升高影响温度计的读数

图2

水在加热过程中会产生水蒸气，水蒸气在向空气中散热时会吸收水的热量使水的温度降低.水的温度越高形成的水蒸气就越多，水温升高的就越慢.为了能使水的温度尽快上升，减少水的蒸发，实验者常常采用在烧杯上加盖的方法(图2)，阻止水蒸气散失，以加快水温的升高，缩短加热时间．由于水蒸气的聚集，而使水面气压增大，则会导致水的沸点上升，在沸腾过程中，会出现边沸腾边升温的现象，难以探究温度变化的特点．若不加盖，则加热时间太长，且在水沸腾时，会因为水蒸气上升液化形成雾气而看不清楚温度计的示数，并且温度计上的水雾会使读数比正常值偏高．

1.4 热源不足使水的温度上升太慢

实验中的热源直接影响水温上升，热源的加热力度弱就会使实验时间变长．水在加热过程中从热源吸收的热量多，水就越容易汽化变成水蒸气，水在汽化时会吸收大量的汽化热，水面蒸发现象随着温度的升高而加剧．因此水温升高的同时也在向外界放出热量，水温在上升至沸点的过程中，温度低时水温上升得快，温度越高时水温上升的就越慢．学生实验中通常采用的热源是酒精灯，而酒精灯提供的热量又很有限，在水温较高的情况下，水从热源吸收的热量如不能远远大于水向外界放出的热量，温度上升会明显变慢，增加了实验的用时.甚至当水从热源吸收的热量等于水向外界放出的热量时，水温不再上升，就不能观察到沸腾．

2 对沸腾实验的改进

笔者经过多年的教学实践和反复的实验尝试，根据学校和学生的实际情况，对“水沸腾”实验做了如下的改进．

2.1 实验时用60℃的水水量不宜过少

实验中为了缩短加热时间采用预先加热的方式，先用电热水壶将水加热到60 ℃左右，这个温度是水继续升温的过程中，烧杯壁和烧杯底都有较多的小气泡生成，气泡逐渐从烧杯底部开始慢慢的上升，气泡逐渐变小最后消失．为了能更好地观察气泡的变化情况，水量应该适当多一些，可采用250 ml的烧杯，加水约150 ml左右.这既缩短了实验时间，又能清楚地观察到气泡的变化情况．

2.2 温度计的液泡应刚好浸没在水面之下

温度计玻璃泡浸入水中的深度对测量结果有重要影响．水沸腾前，把温度计的液泡放在水的上层测得的温度，比放在水的中下层测得的温度要高2 ℃～3℃．因为水是热的不良导体，当容器里的水温度较低时，上层和下层的水温相差较大，对流运动剧烈.对流的结果使得水上层温度较高，下层温度较低，呈现“上热下冷”的现象.当整个容器里的水温度较高时，上层和下层的水温差就比较小，对流运动不太剧烈，结果使得下层水温度较高，上层水温度较低，呈现“上冷下热”的现象．为了得到正确的结论笔者认为应该将温度计的玻璃泡刚好浸没在水面下；因为此位置的水达到沸点时，整个烧杯内的水也就真正沸腾了.这样得到的实验数据就比较真实．

2.3 烧杯加盖带孔透明硬塑料片防止水沸点升高

笔者认为，要缩短实验时间，最有效的方法是在烧杯上加盖，但要做到加盖后既不能封住烧杯口又能阻挡水蒸气在温度计上发生的液化现象，使读出的温度不会产生偏差．笔者对烧杯上的盖做了一些改进．采用三片(一大二小)透明硬塑料片(图3)，在大片薄透明塑料片中间钻一小孔，使温度计刚好穿过去，固定在温度计位于50 ℃的位置上，挡住上升的水蒸气．另两小片的边缘分别剪一个大椭圆形缺口，两片放在一起盖在烧杯口．刚开始加热时两缺口错开封住烧杯口，尽量不让水蒸气漏出，待水温升到大约90℃左右时移动塑料片使两缺口重合让部分水蒸气漏出，以减小烧杯内的气压．这样做既有效地防止了加热时由于烧杯中的气压增大使水的沸点升高，又提高了实验的准确性．