热传递方式——水的导热性实验的改进

常 乔

（上海民办华二初级中学，上海）

初中阶段的科学课程是以对科学本质的认识为基础，以提高学生的科学学习素养为宗旨的综合课程。在初中开设科学课程，也是为了适应时代和学生发展的需要，帮助学生从整体上认识自然和科学知识，深化对科学知识原理的理解，促进素质教育的发展，培养学生科技创新的能力，为学生认识和适应未来不断变化的世界做好准备。

水是最常见的液体。当水受热时，粒子间的距离增大，热水因而膨胀，同时密度变得比冷水小，密度小的热水向上升，密度大的冷水向下降，流回补充，形成对流。热在水中主要的传递方式是对流。那么，水的导热性如何？水能不能利用传导的方式传递热？

“水的导热性”是（牛津上海版）科学六年级第二学期第五章能与能源中“空气与水的导热性”活动5.11的内容。

根据《上海市初中科学学科教学基本要求》，学生在科学学习中，需要学会用控制变量的思想独立设计实验。结合对教材的理解和本章节教材的内容，我重新设计了一组对比实验来代替这组实验，并顺利完成了该部分的教学任务，并达到了预定的目的和效果。

改进前

图1

图2

改进后

图3

图4

这个演示实验课本上安排了一组实验A、B（如图1、图2）。

先做实验A，发现酒精灯加热后，温度计显示试管上部水温上升很快。1分钟后，温度计已上升了42℃，再过1分钟，试管中的水已全部沸腾，实验结束。但这个实验不能说明热在水中的传导性，因为加热试管下部，热水会向上升，冷水向下流回补充，形成对流。此时，热在水中以对流方式进行传递，所以实验A不能说明水的导热性。于是将实验A进行改进，改为酒精灯加热试管中水的上部，如果仍用温度计，那么温度计水银球放置于试管中水的底部，同样加热2分钟，观察温度计示数没有明显变化。故将温度计改为利用冰块去探测试管底部温度的变化情况，效果更加直观。

A实验中试管上部水的温度是用温度计测量的，温度上升虽然明显，但只能找学生代表近距离观察，座位在后面的同学不易观察。B实验中冰块放在试管的底部，在试管口加热，结果是试管口的水沸腾了，而试管底部的冰没有全部融化，实验效果一目了然。

如果按照教材实验顺序来做，可以使学生了解到水的导热性较差。但六年级学生普遍逻辑思维能力较强，A、B这组实验对他们来讲未免有些浅显。

受实验B的启发，我重新设计了实验C（如图3），去掉温度计，改用冰块，由于密度比较小，冰块浮在试管中水面上，加热试管底部。实验C与实验B组成一组对比实验。

此组对比实验另两处改进：

1.冰块事先用掺了红墨水的水冷冻，试管中的水是无色的，实验效果非常直观。

2.实验D（如图4）中，与试管口等大的圆形铁丝网较难制作，且利用它来固定冰块比较有难度。故采用了在矿泉水瓶盖上打孔的办法（如图5），且加上了一个铁丝，便于拉出试管，增加了该演示实验的可操作性。

图5

两个实验同时开始加热，只用了1分钟的时间，实验C冰块全部融化，而实验D中的冰块大小没有明显变化。再加热至2分钟，C中试管口处有气泡从试管加热处竖直向上成串冒出，此时，C中上部水已沸腾，而实验D中的冰块没有全部融化。

经改进，两个实验（C、D）中酒精灯同时点燃。同时保证试管大小、水的体积、冰块大小、酒精灯火焰大小均相同，只有冰块的位置和酒精灯加热点不同，节省了课堂演示实验的宝贵时间。

两个实验现象直观，对比明显。

实验C中，热在水中能以对流的方式传递，热水会向上升，故冰会融化。

实验D中，在试管上部加热，热在水中只能通过传导的方式向下传递，而试管底部的冰并未融化，从而直观地说明了水的导热性较差，即水是热的不良导体。

既然实验D试管口的水沸腾时，试管底部的冰没有全部融化，也就是说试管底部温度没有明显的变化。那么我们进行了另一个大胆的实验设想“是否可以开水养金鱼？”

如果仍利用实验D的装置，采用试管，酒精灯放在试管口处加热，用金鱼代替冰块，把金鱼放进试管中，金鱼会游到试管口处，危及其生命。

为了避免上述情况的发生，同时考虑到实验室现有的实验条件，最后，我决定采用圆底烧瓶，金鱼的活动范围也更大。将圆底烧瓶倾斜地固定好，使水刚好到烧瓶口的位置，酒精灯放在烧瓶口处加热。由于光的折射作用，烧瓶里的金鱼从外面观察，显得特别大。实验的结果当然是肯定的——沸水、活金鱼共同存在（如图6）。当烧瓶口附近的水温上升并达到沸腾后，烧瓶底部的金鱼依然自由地游动。

图6

水中传热的方式主要是对流，水受热后，热水向上升，酒精灯只在烧瓶口处加热，水的导热性较差，热量不容易传到烧瓶底部，因此虽然烧瓶口处的水沸腾了，但烧瓶底部的水温短时间内不会升高很多，金鱼仍会自由地游泳。这样，开水里也可以养金鱼。

两个实验A、B经过改进后，效果直观，节省了实验时间，同时增加了“开水养金鱼”的实验，效果特别好。学生学习的积极性也被调动起来了，完美地完成了教学任务，使学生深刻地理解了水是导热性较差的物质。

总之，实验的改进与创新有助于学生思维能力、观察能力、创新能力和综合分析能力的培养。我们在平时的教学中要根据学生的认知水平、实验室拥有的客观条件以及教学的需要，对现行教材中的部分实验进行大胆的改进和创新，展现实验教学的魅力，切实提高实验教学思维的逻辑性、直观性和有效性，使我们的教学更加精彩、更加有效。