淺談“晶體的熔化和凝固實驗”

用“冰”替代“海波”，安排學生“探究 晶體的熔化和凝固”實驗的常識性的優點勿需多費筆墨。現將該實驗的相關做法簡介如下：

1、實驗室配備的“標稱值為100℃”的煤油溫度計，其允許誤差為“±2℃”，而劣質溫度計的誤差會更大些。據此，實驗前一定要把該實驗用的所有溫度計的玻璃泡全部置于“冰與水互相交融的部位”（注：這才稱作“冰水混合物”），待各支溫度計管內的液柱穩定后（注：可以認定此時溫度計應該顯示0℃），把它的誤差修正值寫在白色的“即時貼”上、貼在該溫度計的上端，再包扎一層透明塑料膠帶。比如，某溫度計在冰與水互相交融部位的示數為2℃，則它上端標記的誤差修正值就是“－2℃”，即“每支溫度計的實際示數與它上端標記的誤差修正值之和，才是冰的熔化或水的凝固時的溫度”（注：“－2℃”不是該溫度計顯示其它溫度示數的誤差修正值）。

2、將容積為1.25 L“醒目牌”大圓塑料飲料瓶（注：這種規格的飲料瓶的瓶壁比較硬實一些）的上端錐體部分剪掉，沖洗干凈后要盛裝足夠多的冰供該實驗使用（注：改制后的飲料筒還可以供學生“探究 液體內部壓強規律”等實驗使用）。

3、上課前兩天，讓有冰箱的同學回家制冰：將沖洗干凈的各種規格的塑料飲料瓶內裝約4／5容積的水，捏扁后再旋緊瓶蓋制冰（注：若不捏扁，很難用錘子砸碎瓶內的冰）。上課前將冰砸碎（最大冰塊不要大于2cm³），裝滿改制的飲料筒內稍加室溫水（水面約為筒深的一半），蓋嚴自制的蓋板（如照片2所示，照片中的右下角所示的是蓋板的內表面），即可進行“探究 冰的熔化時溫度的變化規律”：放在桌面上的如照片1的右方所示的、本來是供“探究 水的凝固時溫度的變化規律”用的溫度計，能夠顯示室溫；將照片1左方所示的另一只溫度計（用打孔的藥瓶膠蓋作為它的“限位裝置”），從蓋板的小孔里插進筒內（其玻璃泡一定要浸在冰與水互相交融的部位）將顯示冰的熔化溫度。這樣“冰的熔化是吸熱恒溫過程”可以持續地觀察數小時以上（注：若該實驗始終沒有攪動冰和水，延時后則能夠顯示人教版新課標九年級課本里圖11.5－4所示的“水的反常膨脹”現象）。

4、事實上，冰從冰箱里取出以后，即開始“吸熱升溫達到熔點、甚至進入吸熱恒溫熔化”的物態變化過程了。上課時，待學生確信了“冰的熔化是吸熱恒溫過程”后，即可適時地進入下列實驗觀察：將筒內的水倒掉一些（使水的體積約為冰的體積一半為宜），按m冰：m鹽=3：1的比例向筒內的冰水里加進食用精鹽，用筷子攪拌均勻后，即可獲得－10℃左右低溫的“冷卻劑”（注：據有關資料里介紹，這種“冷卻劑”最低溫度可達－21℃），蓋嚴蓋板，向照片1的中間位置所示的、套上限位膠圈的φ18mm×200mm試管里裝約為5～7㎝深的室溫水，從蓋板大孔里插入“冷卻劑”中（盡量使試管內的水全部浸在“冷卻劑”里），試管內插進如照片1右方所示的、有在試管口上定位裝置的溫度計（注：把一個曲別針弄直后或用長度相等的細鐵絲再對折，平行地橫穿一個有孔的藥瓶膠蓋兩側，套進溫度計的上部，細鐵絲搭在試管口上后，兩端向下折彎約70～80°，就能把溫度計在試管口上定位；該溫度計玻璃泡的上方要套進一個膠環，能夠防止玻璃泡觸到試管壁。若使用大試管做“觀察 水的沸騰”實驗，采用上述方法給溫度計定位，效果甚佳）。蓋板小孔里插進如照片1左方所示的溫度計，將會顯示出“冷卻劑”的溫度是遠遠低于0℃的，即可進行“探究 水的凝固時溫度的變化規律”了。

注：

（1）待試管里的水開始結冰時，要不斷地用細長竹（木）竿搗碎試管內的冰，用以防止脹碎試管或溫度計的玻璃泡。

（2）若將內裝“冷卻劑”的塑料筒，置于一塊放在桌面的濕抹布上，4~5min后筒外壁將會呈現“水蒸氣的凝華現象——霜的形成”。

（3）若將全班實驗小組分成兩部分：笫一和第三縱列的各實驗小組做“探究 冰的熔化時溫度的變化規律”和“水的反常膨脹現象”實驗；第二和第四縱列各實驗小組做“探究 水的凝固時溫度的變化規律”和“水蒸氣的凝華現象——霜的形成”實驗，教學效果更好。

綜上所述，該科學探究的兩個延伸的實驗觀察——“水的反常膨脹現象”和“水蒸氣的凝華現象”，是選用海波做實驗無法實現的。

（4）照片3介紹自制蓋板的專用刀具和工藝：將三合板的邊角料加工成薄圓塊的專用刀具如照片3中的右方所示：先將帶孔的廢短鐵鋸條磨制成鋒利的尖刀，并用自攻螺釘、薄鐵片和小鐵釘，把尖刀固定在一塊方木塊的側面，刀尖比方木塊底表面長出約3mm（以能夠割透三合板為宜）。在方木塊的底表面距尖刀約4.8cm處垂直底表面釘一根3寸鐵釘，剪掉鐵帽后，再銼尖鐵釘端當做專用刀具的轉軸。

將三合板的邊角料用專用刀具轉軸扎透孔，下面墊一塊能給轉軸定位的如照片3中的左方所示的五合板或薄木板，一只手固定住被截割的三合板和五合板，另一只手將刀具立放后緩慢旋轉，并稍向刀尖一側用力，這樣連續轉動幾圈，就能切割出直徑約9.6cm非常規則的三合板大圓塊。將轉軸鐵釘撥出來，再垂直釘在距刀尖約4.2cm方木塊的底面上，按上述方法，就能切割出直徑約8.4cm的三合板小圓塊。

將廢自行車輻條垂直釘進一塊厚木板上，將用細砂紙打磨完畢的、只在小圓塊一個表面上涂好膠水的一大一小相間的三合板圓塊，插進車輻條上再壓牢，等粘接劑凝固后，鉆φ20mm孔（亦可以用上述專用刀具割孔）和φ8mm孔，用細砂紙打磨孔的邊緣后，表面刷上一層油漆即可。