自制物态变化实验演示仪＊

2014-10-21吴龙忠

物理教师 2014年9期

吴龙忠

（连云港市海滨中学，江苏连云港 222042）

物态变化知识点是初中物理教学的重点.但是，中学物理实验室中缺少能瞬间提供低温的演示物态变化的实验仪器，教师在教学中不能提供直观的实验现象，学生的生活经验又少，难以理解物态变化的定义及物态变化过程中伴随着吸热或放热.因此，物态变化知识点又是教学的难点.为了在教学中更好地突出这个重点、突破这个难点，选购制冷配件自制“物态变化实验演示仪”，利用一种环保型新材料——氟利昂R134a的节流膨胀演示物态变化实验.可以快速演示，现象非常直观、让学生感到惊奇.

1 制作器材

长约1500mm，外直径6mm的铜管1段；长约500mm，外直径为1.6mm的毛细管1段；长约50mm，外直径为6mm的直铜管1段；6mm的铜对接头1个；6mm的对接头铜纳子1个；氟利昂加液管1根；罐装氟利昂R134a1罐；开瓶阀1个.以上器材在制冷配件商店均可以买到.

2 制作方法

（1）将长约1500mm，外直径约为6mm的铜管在空啤酒瓶或坚固的空易拉罐上紧密绕制1个大约10匝的螺线管A.

（2）用同样的方法将长约500mm，外直径为1.6mm的毛细管绕制1个大约3匝的螺线管B.

（3）将螺线管B的一端插入螺线管A的一管口中，插入深度约10mm，并用磷铜焊条将它们焊接起来.螺线管B的另一端插入长约50mm、外直径为6mm的直铜管的一端管口中，插入深度大约10mm，再用磷铜焊条将它们焊接起来.

（4）将6mm的对接头铜钠子套在直铜管上，然后将直铜管的另一端用扩口器扩一喇叭口.

（5）用铜钠子将对接头固定在“喇叭口”上.至此，“物态变化实验演示仪”制作完毕.

图1

3 使用方法

将开瓶阀安装在装有氟利昂R134a的金属罐上，用氟利昂加液管把“物态变化实验演示仪”与开瓶阀连接起来，并用加液管两端的铜螺帽固定好（如图1所示）.

演示时将金属罐倒置，打开开瓶阀的旋钮，有液态氟利昂流入“物态变化实验演示仪”，氟利昂在流经螺线管B时，由于螺线管B是由毛细管绕制而成，内径很小，内部压强大，所以氟利昂保持液态，当氟利昂流入螺线管A的瞬间，铜管的内径突然增大，压强骤然减小，氟利昂发生节流膨胀，由液态汽化为气态，在汽化过程中要吸收大量的热量，所以螺线管A的起始端温度急剧下降.此时，空气中的水蒸气在演示仪的螺线管A的起始端液化成水珠；继续释放氟利昂，螺线管A的温度继续下降，出现的小水珠凝固成冰；将开瓶阀的旋钮开启得更大一些，更快地释放氟利昂，螺线管A的温度下降得更快，空气中水蒸气凝华成霜附着在A管外壁上；继续释放氟利昂，A管外壁上的霜越来越多，直至螺线管A的外壁布满了厚厚的一层霜.关闭阀门、停止释放氟利昂，对制冷仪进行空气浴加热，过一段时间，发现A管管壁上的霜在空气中受热逐渐熔化、有水珠出现；若再用电吹风对水珠吹热风，可见A管壁上的水珠很快蒸发完毕.

在水蒸气液化与凝华过程中，以及水的凝固过程中，如果用手触摸演示仪的螺线管A会感觉很凉，温度明显低于环境温度，说明水蒸气的液化及凝华过程以及水的凝固过程在A管上释放热量.

实验时若从演示仪的螺线管A上刮一部分霜放在掌心，在霜熔化过程会感觉到凉，说明熔化过程要吸收热量；用电吹风对A管上的水珠吹热风发现水珠很快消失，说明汽化也要吸热.

以上实验经历的时间短且实验现象非常直观，令学生感到惊奇，有助于培养学生学习物理的兴趣和创新意识，提高了课堂效率，开阔了学生的视野，为学生提供了丰富的感性认识，培养了学生理论联系实际的习惯.轻松突破这个教学难点.