“探究海波熔化過程特征”分組實驗的改進

摘要：“探究海波熔化過程特征”分組實驗，存在的問題主要有兩方面：第一，試管內靠近外壁的海波過早熔化，學生在此時看到試管內海波溫度仍在上升；第二，試管內中間部分海波熔化時，觀測到溫度不變過程時間較短，數(shù)據(jù)較少。根據(jù)反復實驗數(shù)據(jù)對比，我們提出幾點改進意見。

關鍵詞：晶體；熔化；改進

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2007)2(S)-0014-2

1問題的提出

在新課標物理教材中，“探究海波熔化過程特征”是學生分組實驗。初二學生要真正理解晶體熔點、一定的熔化溫度等難點知識，體驗到探究實驗的樂趣，學生能親自觀察到較理想的實驗現(xiàn)象就成為關鍵。

一般學生用圖1所示裝置進行實驗時，如果用小燒杯(內徑約75mm)、小試管(內徑約16mm)、試管內裝2．5cm深海波，酒精燈一直加熱，30s記錄一次數(shù)據(jù)，試管內靠近外壁的海波在試管內溫度計示數(shù)40℃左右就會出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。并且溫度值不變的過程也很短暫，學生不易從親自探究的數(shù)據(jù)中分析出正確的結論。

首先，怎樣才能控制試管內靠近外壁的海波不要過早熔化?比較好的方式就是通過控制燒杯中的水溫來控制海波的均勻受熱，即及時撤掉酒精燈。那么就要監(jiān)測內外溫差，所以采用圖2的裝置進行實驗。

其次，試管內中間部分海波熔化時，觀測到溫度不變過程時間較短，數(shù)據(jù)較少，怎樣延長海波熔化時間，多測到幾組溫度不變的數(shù)據(jù)?我們考慮從兩個角度入手：第一，增加海波的質量，但這樣做一方面會增長加熱時間，另一方面海波受熱不均的問題會加劇，因此不可取；第二，減慢海波吸熱的速度，那么可以通過降低水的升溫速度，即增加水量、及時撤掉酒精燈來實現(xiàn)。

另外，還有的問題就是何時撤酒精燈、何時再次加熱，而且為了安全，還要考慮如何才能不頻繁的撤換酒精燈?

2改進后實驗數(shù)據(jù)對比分析

我們針對上面的思路做了多次對比改進實驗，結果一次比一次好!逐步改進中的某兩次實驗結果分析如下。

2．1改進實驗1

實驗器材：大燒杯(內徑約90mm)、小試管(內徑約16mm)、常溫水300ml、溫度計(玻璃泡中液柱高約1cm)、試管內海波高度2．5cm。

裝置安裝好后就開始計時，每30s記錄一次海波及水的溫度。

試管內靠近外壁的海波在46℃開始熔化，海波溫度變化數(shù)據(jù)分析如圖3。

AB段海波溫度上升較緩慢，這主要是“等待”水升溫的過程；實驗中待海波溫度升至45℃時撤掉酒精燈，這樣做是為了讓水溫達不到海波熔點，即使試管內海波存在溫差，靠近外壁的海波也不會出現(xiàn)過早熔化的現(xiàn)象；由于撤掉酒精燈，水溫出現(xiàn)緩慢上升至不上升的情況。試管內外溫差變小，導致CD段海波溫度升高速度放緩；DE段溫度上升速度又變快，是由于再次移入了酒精燈；EF段從現(xiàn)象上來看為海波熔化過程，溫度值表現(xiàn)為不變，有約7組不變的數(shù)據(jù)；FG段海波己完全熔化，溫度開始升高。整個過程用時約21min。

實驗中分別在水溫為45℃、50．5℃、61℃時撤掉酒精燈，在水溫為47．2℃、50．2℃時移回酒精燈，共五次移動酒精燈。

根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)分析，我們對該實驗做了進一步改進。首先，可以用溫水代替常溫水，這樣有利于縮短初始階段的海波升溫時間；其次，內外溫差是否合適可以從海波溫度上來觀察，待海波升溫較慢時，就可以繼續(xù)加熱，這樣從圖線上看溫度上升仍然會較明顯；待觀察到海波已開始熔化，就可以撤去酒精燈，利用石棉網與燒杯余熱，水會繼續(xù)升溫一段時間，這樣也可以滿足學生觀察的需要。

2．2改進實驗2

該實驗中水溫度為37℃，其它器材及安裝與改進實驗1相同。

試管內靠近外壁的海波在47℃開始熔化；海波溫度變化數(shù)據(jù)如圖4所示：海波升溫、熔化、再升溫的時間約16min。初始時海波升溫較快，待開始記錄數(shù)據(jù)時海波溫度已升至34．5℃。由于在水溫升至45℃時撒掉酒精燈，CD段同樣出現(xiàn)了升溫較緩的現(xiàn)象，不過所需時間變短；DE段從現(xiàn)象上來看為海波熔化過程，溫度值不變，也有約7組不變的數(shù)據(jù)；FG段海波完全熔化，溫度開始升高。

實驗中分別在水溫為45℃時撤掉酒精燈，在水溫為48℃時移回酒精燈；在水溫為53．5℃再次撤掉酒精燈，共三次移動酒精燈。

3海波熔化實驗改進建議

通過多次的實驗現(xiàn)象觀察與數(shù)據(jù)分析，我們認為“探究海波熔化過程”分組實驗可以做如下幾方面的改進：

第一，水的初溫可以適當提高，起到縮短實驗時間的目的。通過數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)象觀察，為海波加熱的水初溫可以適當提高，但不能高于海波熔點，用手接觸感覺微溫就可以，否則會導致試管內靠近外壁海波過早熔化。

第二，第一次撤掉酒精燈時間不宜太遲，這樣靠近試管外壁的海波不會出現(xiàn)過早熔化的現(xiàn)象。在試管內部的海波尚未升溫到熔點前，要控制靠近試管外壁的海波不要過早熔化，這就需控制水溫不要超過海波的熔點，所以要及時撤走酒精燈。隨著海波與水溫差變小，升溫就會放緩，可以當觀察到海波每30秒升溫不足1℃，就再次移入酒精燈。另外，如果有條件此時可以用攪拌器開始攪拌。

第三，內部海波開始熔化后，就可以第二次撤掉酒精燈。由于石棉網、玻璃杯等的溫度高于水的溫度，撤掉酒精燈后，水溫一般還會上升約3℃，這樣海波既能繼續(xù)熔化，又由于水溫不太高而熔化較緩，學生可以觀察到多組熔點溫度值。

第四，數(shù)據(jù)記錄上，雖然初二學生的溫度計讀值不需要估計，但在學生做這個分組實驗中，我們還是建議讓學生有一位的估讀值，這樣在數(shù)據(jù)分析上不至于出現(xiàn)熔化前后溫度值相等的情況。如果有條件的話，可以讓部分學生運用溫度傳感器來測溫度，這樣結果會更精確，也可以對比分析普通溫度計與溫度傳感器的測量結果，有利于培養(yǎng)學生的信息意識。

另外，玻璃泡位置、試管內海波高度以海波熔化后液面不低于玻璃泡上表面為宜。為更準確了解試管內外準確溫差，每次實驗兩溫度計的玻璃泡可以調整在同一高度。

(欄目編輯趙保鋼)