水沸腾实验器材对比研究

张晓丽

江苏省南京市旭东中学(210004)

1 引言

“观察水的沸腾”实验中，要求学生观察水中发生的现象(气泡的变化)并记录温度，这就提醒教师在选择器材时要便于观察水沸腾前后气泡的上升变化情况和便于记录温度的变化特点。课本中的传统器材在使用时要注意，水量不要太多(250 mL左右)，初始水温不要过低(保持在70～80 ℃)，实验开始时每2 min记录一次水温，水温到达90 ℃后每0.5 min记录一次水温，直到2 min后停止读数。笔者在教学中为了使实验现象更明显，数据记录更方便，尝试使用一些不同的器材进行实验，并对器材进行了一些改进和比较。

2 对比研究

2.1 热源的比较

将传统的酒精灯换成自制的三芯酒精灯，优点是可以缩短从加热到沸腾时的时间，缺点是自制酒精灯耗材耗时，实验前的准备时间较长。另外，加热水温到90 ℃后记录温度的时间间隔要缩短，但由于温度上升比较快，不便于记录数据。用电炉加热虽然快，但沸点会比较高(可能是水吸收的热量比散去的热量多)。传统酒精灯虽然加热慢些，但便于观察实验现象并记录温度。

2.2 烧杯的比较

用大烧杯盛水在敞口的情况下，难以观察到水的沸腾。因为杯口大且敞口，短时间为水蒸发散失的热量和杯壁传导所释放的热量大于等于水吸收的热量，水也不会沸腾。用250 mL的小烧杯盛装约2/3体积温度为80 ℃的水，用酒精灯加热8 min后可观察到水的沸腾。15 min内就可以完成实验，不会出现上述问题。

2.3 烧杯和试管的比较

用试管盛水进行加热，加热时间短，水沸腾快，气泡变化明显。但试管散热慢，会边沸腾边升温，加热时间长了会出现“暴沸”现象，一不小心会溅伤学生。另外试管需要用试管夹固定，加热时需要将试管倾斜并对准试管底部的2/3处进行加热，这对温度计的安装等操作带来了困难。在水沸腾后，大量的水蒸气在瓶口附近遇冷液化，影响温度计的读数。

2.4 烧杯和烧瓶的比较

烧瓶瓶口较小，可以不用加盖子，但固定烧瓶需要铁夹台，另外还需要一个铁夹来固定温度计，安装器材比较麻烦。且水沸腾后，也会有大量的水蒸气在瓶口附近遇冷液化，影响温度计的读数。烧瓶一般演示实验用得较多，学生分组实验使用较少，器材准备难度较大。

2.5 盖子的比较

要缩短从加热到沸腾的时间的一条措施是在容器口添加盖子，但不同材质的盖子对实验的影响是不一样的。纸盖在实验过程中会被水蒸气湿润而下凹，水蒸气聚集在烧杯内，会使杯内气压升高，水的沸点上升，难以测得准确数据。如果在水沸腾后拿掉纸盖读数，由于温度较高，操作不安全，且实验中产生的水蒸气会在瓶口附近遇冷液化，影响温度计的读数。玻璃盖由于自身较重，杯中的水蒸气遇其产生的水雾聚集在里面，会使其与烧杯口贴合较紧密，出现和纸盖类似的问题。塑料盖较轻，不宜固定，且碰到热源后存在安全隐患。木盖容易吸收湿气，连续实验后也会出现上述问题。

2.6 传统器材与新生代养生壶的比较

电热养生壶与一般的电热水壶的不同之处是，它的外壳是透明的塑料材质或玻璃材质，便于观察水中的气泡变化情况。采用电加热的方式可以大大缩短水沸腾的时间。另外，加热底座上有数字温度显示，便于较快的读出温度，缩短实验时间。缺点是显示的沸点温度都是100 ℃。如果直接用电热养生壶烧水进行演示实验代替学生分组实验，从而取代了学生在器材组装使用、观察实验现象、记录数据、处理数据、得出结论的实验探究过程，违背了实验教学的初衷。

3 研究结论

通过上面的初步比较，结合水的沸腾实验的具体要求，可得出：热源选用传统酒精灯较好，盛水的器皿选带有盖子的小烧杯较好。

4 使用建议

通过上面的初步比较，结合水的沸腾实验的具体要求，以及笔者在教学中的实际尝试，对于水沸腾实验教学中器材的采用建议如下。

以课本中的传统实验器材为主，热源选用传统的酒精灯，烧杯选用小容积的烧杯，初始水温控制在80 ℃左右(将烧开的水倒入热水瓶中进行保温备用即可)，杯口选用干燥的木质盖子(在连续使用之前要进行干燥处理)。如若是进行演示实验，可选用烧瓶和大温度计。电热养生壶的使用可以放在学生分组探究实验以后进行，在学生已经通过实验探究认识了沸腾现象后，可以用现象更加明显、直观的器材将学生在实验中观察不到位的地方(诸如气泡、声音等)进行印象加深。