“沸腾的规律”究竟如何选择实验器材

刘为 蒋冬梅

摘 要：从学生实验现象明显、易于观察、节约时间的角度出发，给出“沸腾的规律”的实验器材与教学建议。

关键词：实验;器材;液体沸腾

实验是物理永恒的主题。新课标非常重视实验，力求通过实验探究引入概念，得出规律，通过实验培养学生的兴趣与能力。尤其是初中物理与生活联系十分紧密，充分体现由生活走向物理，由物理走向社会的特点。

一、问题的提出

问题来源于初中物理的必做学生实验“沸腾的规律”。人教版用的是如图1所示的器材，教科版用的是如图2所示的器材，究竟在学生探究“沸腾的规律”时选用哪一套器材更科学呢？

二、实验研究

【实验1】实验器材如图1所示，选用的是中等烧杯，容积250 ml，不加盖。水的高度刚好淹没温度计的感温泡，杯中的水量约70 ml，初温约70℃。

[现象]加热到沸腾所需的时间长，不易观察到沸腾前气泡的变化由大变小、沸腾时气泡由小变大的变化;这不符合课堂实验节约时间且现象明显的要求。沸腾时的温度约为98℃。

【实验2】实验器材如图2所示，选用试管装水。水量加到试管的三分之一左右，约为25 ml，初温约为70℃。

[现象]加热到沸腾的时间比实验1明显减少，且气泡的变化非常明显。克服了实验1存在的问题。笔者在准备实验时发现沸腾的温度为103℃，认为这是偶然，可能是温度计的精确度造成的问题。但课堂实验时，所有小组的沸腾温度均超过了100℃，有的甚至达到了110℃。

【实验3】实验器材如图1所示，选用的烧杯是超小烧杯，容积50 ml，不加盖。水的高度刚好淹没温度计的感温泡，但是由于杯子小，杯中的水量约为35 ml，初溫约为70℃。

[现象]加热到沸腾的时间与实验2比较接近，同时气泡的变化也非常明显，沸腾的温度约为98℃。

【实验4】实验器材如图1所示，选用的烧杯是中等烧杯，容积为250 ml，加盖。水的高度刚好淹没温度计的感温泡，杯中的水量约为70 ml，初温约为70℃。

[现象]加热到沸腾的时间和第一次接近，沸腾时的温度到达了105℃。

三、实验结果分析

由热力学知识可知，沸腾是在一定温度下液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象。沸点是液体沸腾时候的温度，也就是液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。不同液体的沸点不同，同种液体的沸点与气压有关，液面上方气压越大，沸点就越高，气压越低，沸点越低。大气压又与海拔有关，海拔为0 m时的大气压为标准大气压，海拔越高，气压越低，成都的海拔约为500 m，水的沸点约为98.4℃。

由实验1、3可知水的沸点为98℃，基本符合成都的大气压与海拔的关系。而实验2、4都是在与1、3相同的时间段和实验室做的，外部条件一样，但沸点均超过了标准大气压下的沸点。造成此种现象的原因是只在容器的下半部有液体，容器本身比较长或者加上盖子后液体在加热过程中产生的大量蒸气不能及时散开，聚集在容器上半部分，使得液面上方的气压增大，沸点升高。

四、教学建议

“沸腾的规律”作为初中物理的必做实验，在学生实验时建议选用不加盖的50 ml的小烧杯作为容器，此时观察到的沸腾的气泡变化和温度变化才是当地真实情况的反映。并且实验时间短，符合课堂实验的特点。如果要验证气压对沸点的影响，可在用实验2与实验4。

五、思考

无论是课堂演示实验还是学生实验，教师都应该抓住实验中的每一个关键点，分析实验现象背后的原因。看似简单的实验，如何选择最合适的器材，在何时使用该实验都值得老师不断思考与探索。