巧做冰的熔化實驗

包成洲

摘 要：冰的熔化實驗不易成功。問題：冰塊的制取；溫度計的讀數(shù)。解決方法：實驗器材的選擇；實驗方法的更新；具體操作方法。

關(guān)鍵詞：冰；熔化實驗；初中物理

初中物理教材蘇科版第一冊中“冰的熔化實驗”是一個對學(xué)生的獲得熔化知識、激發(fā)探究興趣和掌握基本實驗技能有很大作用的實驗。實驗中學(xué)生要正確使用儀器、仔細觀測測量、取得資料數(shù)據(jù)，并親自分析總結(jié)、小組合作完成。課本的編者和很多老師對它也是贊賞有加。綜合其優(yōu)點：（1）冰的熔化實驗中牽涉的物理量較多，有時間和溫度，都需要測量，有不同的測量工具，且需要同時進行讀數(shù)，所以一兩個學(xué)生不易操作。需要幾個學(xué)生協(xié)同完成。體現(xiàn)了學(xué)生的團隊合作精神。（2）實驗要求對實驗的結(jié)果分析處理，得到晶體的熔化圖像。學(xué)生要邊觀察實驗現(xiàn)象，邊記錄實驗數(shù)。而有別于一般的實驗是實驗現(xiàn)象變化很快，如果只顧看現(xiàn)象圖熱鬧，實驗結(jié)果轉(zhuǎn)瞬即丟。實驗對數(shù)據(jù)收集有一定的難度，既有利于提高學(xué)生的注意力和興奮度，又有利于學(xué)生實驗?zāi)芰μ岣?。?）數(shù)據(jù)的圖像化處理，強調(diào)學(xué)科間的聯(lián)系。學(xué)習物理過程中圖像一直是非常重要的環(huán)節(jié)。冰的熔化實驗開啟了物理圖像的先河。學(xué)生第一次用到直角坐標系，應(yīng)用時間和溫度作為坐標，知道把對應(yīng)的點標在坐標系中，畫出完美的線條。做好冰的熔化圖像的教學(xué)，并懂得圖像描述和分析是物理研究中重要的方法，這對今后的物理知識學(xué)習和學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)打下一個良好的基礎(chǔ)。（4）從心理學(xué)的角度來考慮，學(xué)生在掌握新知時，必須要在自己原有的認知框架中找到與之相適應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)，有關(guān)冰的現(xiàn)象，學(xué)生心理認同度高，是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常見過的物質(zhì)狀態(tài)。尤其是剛剛經(jīng)歷過炎熱的夏季，南方的學(xué)生對冰更有一種親切感。其次，冰的來源較為廣泛，教師自己可以制取，也可以動員學(xué)生參與制取后帶來，不失為一個可以廣泛參與的好實驗。

我教了幾輪下來感受很多。就這樣一個非常重要而看似簡單的實驗，我們實際得到的往往只是學(xué)生參與的熱情，沒有收到應(yīng)有的效果。因為我們在真正做實驗的時候發(fā)現(xiàn)與理想的情況有很大的差距，最后只能很尷尬的自己套用一些數(shù)據(jù)給學(xué)生，或者自己找一些托詞。

問題：1.按照教材要求，本實驗采用水浴法并用酒精燈加熱

在實驗時，我們照搬教材，因冰熔化太快，實驗無一組成功。經(jīng)過仔細研究發(fā)現(xiàn)，南京九月氣溫在20℃以上，根本無需酒精燈加熱，連水浴法都不需要，直接利用周圍環(huán)境作為熱源都能使碎冰的熔化速度非?？?。而一旦冰塊大一點則熔化得很慢，很難達到預(yù)期的效果。根據(jù)實驗中讀出的數(shù)據(jù)一般不能得到一個理想的晶體熔化圖像，其圖形與非晶體的熔化圖像很類似。老師只能用實驗的誤差來敷衍過去，重新給學(xué)生介紹一組比較合理的數(shù)據(jù)，最終導(dǎo)致實驗缺乏說服力，而真正能使冰塊大小恰到好處，得到一些比較準的數(shù)據(jù)確實很難做到。

問題2.冰水混合物中溫度計的讀數(shù)

實驗時溫度計玻璃泡埋在冰中，當冰開始熔化時，學(xué)生多發(fā)現(xiàn)冰熔化時溫度計顯示為-2℃（與容器的大小有關(guān)，也與冰的初溫有關(guān)），但很快就是4℃，很少有0℃。其中4℃持續(xù)的時間最長。經(jīng)仔細研究發(fā)現(xiàn)，玻璃泡四周全部是水。我們知道4℃的水是最穩(wěn)定的。所以大部分時間溫度計的讀數(shù)都是4℃。這與我們介紹的冰的熔點有較大的出入。

如何克服這些問題，做出我們滿意的結(jié)論呢？我經(jīng)過幾年的探索找到了一個比較好的方法?，F(xiàn)介紹如下：

每小組器材：試管1個規(guī)格20ml，如沒有大一點也可以，實驗需要的時間就會稍長。溫度計1只，泡沫塑料用刀切成略大于試管口的1cm厚的方塊。本實驗準備的難點就是如何使溫度計能直立在試管中，且不能碰到試管的底和壁。有的老師用橡皮塞做，結(jié)果會擋住溫度計的0℃附近的讀數(shù)，不便于數(shù)據(jù)的讀取和記錄。用泡沫塑料則可以根據(jù)溫度計的液泡長短自己調(diào)節(jié)固定溫度計的位置。

操作：試管中放入水6～8ml必須能浸沒溫度計的液泡，用燒紅的鐵絲在泡沫塊中間燙一個比溫度計直徑略小的洞，把溫度計插入水中，注意不能碰到試管的底和壁。做好后正立放在試管架上放入冰柜冷凍一夜。

保存：由于上課時的溫度較高而制取的冰不能長時間保存，可用保溫桶放置帶到班級中使用。如沒有，則可以找一個塑料泡沫盒子，里面放入自己制取的冰鹽水，自制成一個隨身攜帶的保溫箱?？梢允贡某鯗卦?5℃左右，且維持的時間可以超過40分鐘。

實驗時每4人一組，小組協(xié)作：一個負責看時間，一個負責看冰的熔化，一個負責讀溫度計的視數(shù)，還有一個負責記錄數(shù)字。南京地區(qū)實驗時不需要加熱，直接利用空氣自然加熱即可。全部完成大約需要6min左右。下面是我在課堂上一組學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)：

實驗過程中，冰的熔化過程清晰，且時間適中，融點溫度準確。便于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，并且根據(jù)所得數(shù)據(jù)畫出冰的熔化圖像，達到實驗的目的。為學(xué)生掌握冰的熔化現(xiàn)象提供了生動的體驗，極大地提高了學(xué)習的趣味性和效率。

物理實驗是學(xué)生感受物理思想、領(lǐng)悟物理科學(xué)精髓最主要、最有效的途徑之一。初中生剛剛接觸物理，讓學(xué)生親自動手使用儀器、觀測測量、取得資料數(shù)據(jù)，并親自分析總結(jié)實驗現(xiàn)象，經(jīng)歷探究過程，是學(xué)生學(xué)習物理知識、掌握實驗技能、培養(yǎng)良好品德的重要環(huán)節(jié)。一個成功與完美的實驗勝過教師千言萬語，我們值得追求。

參考文獻：

[1]閻金鐸，田世昆.中學(xué)物理教學(xué)概念[M].高等教育出版社，1999.

[2]鄭金洲.教師如何做研究[M].華東師大出版社，2005.

[3]威廉·艾斯勒，瑪麗·艾斯勒.走進中小學(xué)科學(xué)課：全景式教學(xué)方法[M].長春出版社，2003.endprint