对晶体的熔化和熔点的测定实验装置的改进

俞永年

摘 要：改进了晶体的熔化的实验装置，使整套实验装置简化，降低了实验的操作难度，实验的效果得到了明显的提升。

关键词：实验装置；晶体的熔化；凝固熔点

初中科学中物质的特性之一的熔点是一个重要的概念。晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。是否存在熔点是区分晶体和非晶体的依据。什么叫做晶体？物质在熔化过程中存在固定熔点的固体物质称为晶体。没有固定熔点的固体物质称为非晶体。而这些概念是建立在实验的基础之上的。没有成功的实验就很难建立科学准确的概念。然而，在课堂教学中，教师依照教材的实验，往往很难成功。

各地各种版本的教材中对熔化实验中所采用的实验晶体的材料有所不同，有的是采用冰作为实验的材料，取材方便，但冰在南方地区就不易保存，熔化的过程也太快。浙教版科学采用的实验材料一是海波（即硫代硫酸钠）。实验装置都采用了水浴法加热来减慢晶体升温的时间，使熔化过程的时间持续更长。

这两套实验装置是目前科学课堂上做晶体的熔化实验最常见的器材，以笔者自己曾利用上述装置上公开课的经历，分别阐述上述装置存在的问题：

一、实验装置繁琐

原装置采用的是500ML大烧杯，内置小试管的方法，第一套装置由于未在烧杯上加盖，水温升温时间大大减慢，实验时间太长，一节课难于完成教学，且海波的固体是热的不良导体，传热时间慢，温度不均匀，温度计测量势必不够准确。第二套装置考虑到了海波的传热问题，增加了一个搅拌装置，而且考虑到了水浴法加热时，如果内外温差太大，海波的熔化過程势必也会很快，所以在烧杯中也增加了一支温度计，来控制内外温差保持在3-5℃，但操作难度大。

装置2虽然考虑周全，但实验器材更多。

二、实验操作复杂

以上实验中除了上述器材外，还要用到计时器。在操作以上器材时，必须做到酒精灯加热的同时，要进行搅拌操作，同时观察水浴加热的水温，和浸在海波内的温度计的示数，保持内外温差控制在3-5℃范围内，同时还要观察计时器的时间。如此复杂，即使一位训练有素的教师也难免手忙脚乱。更何况是初次实验的学生，因此教师往往要求学生要小组合作进行，然后指导合作的方法，使本已紧张的教学时间更加紧张。

三、实验的条件控制难度大

以笔者上公开课的经历，在要求学生进行该实验操作时，大烧杯中需加水的量应控制在400ML左右为宜，太少了水温升的太快，海波熔化过程太快，实验现象不明显。而浙教版教材安排的课程时间已经是到了11月底12月初。此时的浙江气温一般是在2℃-10℃。水温如果从室温开始加热要达到48℃的海波的熔点，一节课时间也不够。因此教师需准备40℃温水，从40℃开始加热如果控制的好该实验能在10-15分钟内完成。但由于气温的较低，温水极易降温和酒精灯火焰大小的差异，实验时间还是不太好控制。如果采用冰作实验材料，冰的制取和储存也较麻烦。

四、实验数据不太明显

按以上实验装置进行的实验，实验是要求每隔1分钟读数，熔化过程持续的时间往往太短，有时能取到的平台数据只有2，3组，也就是2，3分钟内熔化已经完成。这样和非晶体的熔化区别就不太明显。往往不能帮助学生建立清晰的晶体和非晶体概念。

改进方法：

针对以上问题，笔者设计了一套新的晶体熔化实验装置。其结构如下：

四、简化装置结构，提高实验安全性

该装置省去了铁架台，石棉网，计时器，酒精灯等仪器。改进装置设备整体集成度好，携带方便。由于采用了自动温控技术，使整套实验装置的温度控制在55-65℃之间，大大提高了实验者的安全性。本装置发热功率小，约在25W左右，适于实验室大面积使用。

五、简化实验操作，提高实验精度

改进后的装置采用了电热丝加热替代了酒精灯加热，热源发热量的高低通过调节稳压电源电压高低进行调控。使得不太可控的热源变成可调控。实验时环境温度的高低对实验的进度的影响可控。

实验装置中采用电热丝密绕玻璃杯壁，加热效果均匀，课类同于旧实验中的水浴法，并省去了水浴法操作的繁琐。加了保温层的采用双层玻璃结构使热量不易散失，热效率高。本实验装置放弃了传统的玻璃温度计，而改用了电子温度计，原因是传统的玻璃温度计普遍存在刻度不准确，测量误差大等问题。而电子温度计精度高，同时集成了计时器，应用于实验是现代科技在教学中的应用。

笔者在是实测过程中，更是采用了带数据采样和处理系统的RC-4温度计，将温度计连接到上，将测量的数据直接通过数据软件直接在电脑屏幕上显示出来，图形清晰。以下是实测的数据：

从图像可以看出整个实验的时间控制在了10分钟以内，数据采样出的熔化平台时间长，熔化过程中温度保持不变的特征明显。总体的实验效果要优于传统实验装置的效果，值得在教学中推广。

参考文献：

[1]朱清时.七年级科学教学参考书[M].浙江教育出版社.

（作者单位：浙江吴兴实验中学）