對一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)

由人民教育出版社出版的八年級物理教材（上冊），在研究溫度計(jì)的原理時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：（詳見義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書，八年級物理上冊，P76演示 自制溫度計(jì)）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的合理性很值得商討。

演示 自制溫度計(jì) 在小瓶里裝一些帶顏色的水，配一個(gè)橡皮塞，橡皮塞上插進(jìn)一根一端封閉的細(xì)玻璃管，把細(xì)玻璃管封閉的一端加熱，使玻璃管內(nèi)的空氣跑出一部分，迅速用橡皮塞塞住瓶口。

將小瓶放入熱水里，觀察細(xì)玻璃管中水柱的位置，然后再把小瓶放入冷水里，觀察水柱的位置。（義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書，八年級物理上冊，P76演示 自制溫度計(jì)）如圖

我嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)方案操作，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)方案存在安全隱患和不切合實(shí)際的因素。現(xiàn)分析如下：

首先：選擇一端封閉的玻璃管，在實(shí)驗(yàn)的過程中存在安全隱患。我們對玻璃管加熱，玻璃管內(nèi)的空氣要跑掉一部分，玻璃管內(nèi)的空氣變得稀薄一些，但是玻璃管內(nèi)仍然存在大量的空氣。然后我們用橡皮塞塞住瓶口，當(dāng)玻璃管內(nèi)的溫度降到和外界氣溫相同的時(shí)候，在玻璃管內(nèi)就會形成一段水柱，同時(shí)玻璃管內(nèi)也密封了一定的空氣。當(dāng)我們將小瓶放在熱水中，小瓶內(nèi)的水受熱膨脹，使玻璃管內(nèi)的水柱變長，必將導(dǎo)致玻璃管內(nèi)密封的氣體體積變小，壓強(qiáng)增大，從而導(dǎo)致玻璃管因無法承受較大的壓強(qiáng)而爆炸。嚴(yán)重威脅師生的人身安全。

其次：我們?nèi)绻x擇一個(gè)一端封閉的玻璃管，對封閉的一端加熱，玻璃管開口的一端溢出的空氣是不多的。當(dāng)我們把小瓶放在熱水里，瓶內(nèi)的水發(fā)生熱脹冷縮而進(jìn)入玻璃管形成水柱的時(shí)候，所形成的水柱的長度一定會受到管內(nèi)殘留空氣的影響。根據(jù)氣體的性質(zhì)我們知道：在質(zhì)量一定的情況下，體積越小，壓強(qiáng)越大；所以隨著瓶內(nèi)的水逐漸進(jìn)入玻璃管，必將導(dǎo)致玻璃管內(nèi)空氣體積變小，氣壓增大。這樣，在溫度較低的情況下，玻璃管內(nèi)的氣壓小，小瓶溫度每升高1攝氏度，玻璃管內(nèi)增加的水柱應(yīng)該較長；溫度高的時(shí)候，由于玻璃管內(nèi)的水柱較長，玻璃管內(nèi)空氣體積變小，氣壓增大，小瓶溫度每升高1攝氏度，玻璃管內(nèi)增加的水柱應(yīng)該較短。按照這樣的原理制成的溫度計(jì)，刻度應(yīng)該是不均勻的；而實(shí)際使用的溫度計(jì)是均勻的。因此選擇一端封閉的玻璃管探究溫度計(jì)的原理是不合實(shí)際的。

改進(jìn)方法：選擇兩端都開口的玻璃管探究溫度計(jì)的原理更合適。選擇兩端都開口的玻璃管探究溫度計(jì)的原理，液柱和小瓶都要受大氣壓，液柱和小瓶受的大氣壓相互抵消。所以水柱的長度變化完全由溫度變化控制，和實(shí)際溫度計(jì)的效果完全一樣。

同時(shí)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案還可以方便的使用該自制溫度計(jì)學(xué)習(xí)攝氏溫度：將小瓶放在冰水混合物中足夠長的時(shí)間，記住水柱的位置并規(guī)定該處代表的溫度為0攝氏度。然后把小瓶置于沸水中足夠長的時(shí)間，記下水柱的位置，并規(guī)定該處代表的溫度為100攝氏度。由于在這種情況下水柱變化的長度是由溫度決定的，因此水柱的變化長度跟溫度成正比。所以我們就可以把兩個(gè)刻度之間的水柱100等分，每一等分代表的就是1攝氏度。這樣就可以達(dá)到將抽象的攝氏溫度概念轉(zhuǎn)化為形象直觀的平分水柱的目的。

因此，無論從安全角度還是從符合實(shí)際情況的角度考慮，在探究溫度計(jì)原理的時(shí)候，選擇兩端開口的玻璃管比選擇一端開口的玻璃管要合適得多。