综合运用物理与化学知识解决问题

何艳阳++郭晶

在初三年级，我们让学生通过改变气体压强来设计喷泉实验，让学生经历了一次综合运用物理与化学知识解决问题的过程。

首先，教师提出让学生用不同的方法设计、展示喷泉实验，并分析喷泉形成的原理。学生经过讨论，设计出了两种方案。方案一：如图1，用抽气筒抽出部分圆底烧瓶中的气体，让瓶内的气压小于外界大气压，再捏住胶管插入烧杯中，松开手，如图2所示，红色液体就会沿着胶管涌入烧瓶中，形成美丽的喷泉。方案二：如图3，在圆底烧瓶中加入少量的水，加热烧瓶，当烧瓶上方有足够多的热的水蒸气后，原来瓶内的一部分空气会被排出。停止加热后，部分水蒸气液化，烧瓶内压强变小，小于外界大气压，再将烧瓶倒插入烧杯中，红色液体涌入烧瓶，形成美丽喷泉。

接下来，教师启发学生思考还有没有其他的方法，比如，是否可以利用一些气体的性质来形成喷泉？学生经过讨论又提出两种方方案。方案一：利用气体极易溶于水的性质，将气体溶于水从而减小烧瓶内压强，使其小于外界大气压。通过查找资料，学生选择了极易溶于水的氨气，设计了如图4的装置，在烧瓶中收集满氨气，让胶头滴管中吸满水。组装好装置后，将水挤入烧瓶中，氨气溶于水中，烧瓶内压强小于外界大气压，打开弹簧夹，烧杯内加有酚酞的水倒吸入烧瓶中，形成喷泉。同时，液体由无色变为红色，还能说明氨气溶于水并与水反应，溶液显碱性。方案二：用溶液将气体反应掉。学生们设计了如图5的装置：烧瓶中收集满二氧化碳，用氢氧化钠的浓溶液代替胶头滴管中的水来重复上述实验，也能形成美丽的喷泉。

然后，教师进行总结：以上四种方案都是通过降低瓶内气压使瓶内压强小于外界大气压，让液体被压入烧瓶中形成喷泉的。

学生学习上述内容之后，能否将这个原理应用在解决其它有关压强的问题中去呢？于是，物理教师又设置了新的情景：如图6所示，如何让瓶中的气球膨胀起来呢？

学生经过讨论，提出让气球外面的压强小于内部的压强的办法。因为气球的内部是与大气相连通的，所以只要减小烧瓶内部压强就可以让气球膨胀起来，而减小烧瓶内压强的方法和前面形成喷泉实验的方法是一致的。

通过喷泉实验的设计与展示，学生认识到不仅可以用物理方法改变气体压强，也可以通过化学方法改变压强；物质发生变化时往往会引起气体量的变化和温度的变化，而这些变化可以引起压强的变化。更重要的是，学生体验了如何多角度思考问题。endprint