“沸騰的規(guī)律”究竟如何選擇實(shí)驗(yàn)器材

劉為 蔣冬梅

摘 要：從學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、易于觀察、節(jié)約時(shí)間的角度出發(fā)，給出“沸騰的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)器材與教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn);器材;液體沸騰

實(shí)驗(yàn)是物理永恒的主題。新課標(biāo)非常重視實(shí)驗(yàn)，力求通過實(shí)驗(yàn)探究引入概念，得出規(guī)律，通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的興趣與能力。尤其是初中物理與生活聯(lián)系十分緊密，充分體現(xiàn)由生活走向物理，由物理走向社會(huì)的特點(diǎn)。

一、問題的提出

問題來源于初中物理的必做學(xué)生實(shí)驗(yàn)“沸騰的規(guī)律”。人教版用的是如圖1所示的器材，教科版用的是如圖2所示的器材，究竟在學(xué)生探究“沸騰的規(guī)律”時(shí)選用哪一套器材更科學(xué)呢？

二、實(shí)驗(yàn)研究

【實(shí)驗(yàn)1】實(shí)驗(yàn)器材如圖1所示，選用的是中等燒杯，容積250 ml，不加蓋。水的高度剛好淹沒溫度計(jì)的感溫泡，杯中的水量約70 ml，初溫約70℃。

[現(xiàn)象]加熱到沸騰所需的時(shí)間長，不易觀察到沸騰前氣泡的變化由大變小、沸騰時(shí)氣泡由小變大的變化;這不符合課堂實(shí)驗(yàn)節(jié)約時(shí)間且現(xiàn)象明顯的要求。沸騰時(shí)的溫度約為98℃。

【實(shí)驗(yàn)2】實(shí)驗(yàn)器材如圖2所示，選用試管裝水。水量加到試管的三分之一左右，約為25 ml，初溫約為70℃。

[現(xiàn)象]加熱到沸騰的時(shí)間比實(shí)驗(yàn)1明顯減少，且氣泡的變化非常明顯。克服了實(shí)驗(yàn)1存在的問題。筆者在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)沸騰的溫度為103℃，認(rèn)為這是偶然，可能是溫度計(jì)的精確度造成的問題。但課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)，所有小組的沸騰溫度均超過了100℃，有的甚至達(dá)到了110℃。

【實(shí)驗(yàn)3】實(shí)驗(yàn)器材如圖1所示，選用的燒杯是超小燒杯，容積50 ml，不加蓋。水的高度剛好淹沒溫度計(jì)的感溫泡，但是由于杯子小，杯中的水量約為35 ml，初溫約為70℃。

[現(xiàn)象]加熱到沸騰的時(shí)間與實(shí)驗(yàn)2比較接近，同時(shí)氣泡的變化也非常明顯，沸騰的溫度約為98℃。

【實(shí)驗(yàn)4】實(shí)驗(yàn)器材如圖1所示，選用的燒杯是中等燒杯，容積為250 ml，加蓋。水的高度剛好淹沒溫度計(jì)的感溫泡，杯中的水量約為70 ml，初溫約為70℃。

[現(xiàn)象]加熱到沸騰的時(shí)間和第一次接近，沸騰時(shí)的溫度到達(dá)了105℃。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由熱力學(xué)知識(shí)可知，沸騰是在一定溫度下液體內(nèi)部和表面同時(shí)發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象。沸點(diǎn)是液體沸騰時(shí)候的溫度，也就是液體的飽和蒸氣壓與外界壓強(qiáng)相等時(shí)的溫度。不同液體的沸點(diǎn)不同，同種液體的沸點(diǎn)與氣壓有關(guān)，液面上方氣壓越大，沸點(diǎn)就越高，氣壓越低，沸點(diǎn)越低。大氣壓又與海拔有關(guān)，海拔為0 m時(shí)的大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，海拔越高，氣壓越低，成都的海拔約為500 m，水的沸點(diǎn)約為98.4℃。

由實(shí)驗(yàn)1、3可知水的沸點(diǎn)為98℃，基本符合成都的大氣壓與海拔的關(guān)系。而實(shí)驗(yàn)2、4都是在與1、3相同的時(shí)間段和實(shí)驗(yàn)室做的，外部條件一樣，但沸點(diǎn)均超過了標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)。造成此種現(xiàn)象的原因是只在容器的下半部有液體，容器本身比較長或者加上蓋子后液體在加熱過程中產(chǎn)生的大量蒸氣不能及時(shí)散開，聚集在容器上半部分，使得液面上方的氣壓增大，沸點(diǎn)升高。

四、教學(xué)建議

“沸騰的規(guī)律”作為初中物理的必做實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)建議選用不加蓋的50 ml的小燒杯作為容器，此時(shí)觀察到的沸騰的氣泡變化和溫度變化才是當(dāng)?shù)卣鎸?shí)情況的反映。并且實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，符合課堂實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。如果要驗(yàn)證氣壓對(duì)沸點(diǎn)的影響，可在用實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)4。

五、思考

無論是課堂演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師都應(yīng)該抓住實(shí)驗(yàn)中的每一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的原因?？此坪唵蔚膶?shí)驗(yàn)，如何選擇最合適的器材，在何時(shí)使用該實(shí)驗(yàn)都值得老師不斷思考與探索。