“水沸騰”實驗教學的幾點改進

雷宏

(高臺縣第三中學 甘肅 高臺 734300)

“水沸騰”實驗是北師大版八年級上冊教材第一章“物態及其變化”第四節“汽化和液化”中的一個實驗．“水沸騰”是日常生活中常見的一種現象，但學生對其具體特征不一定清楚.這又是八年級剛開始學習物理的一個實驗，學生對實驗很感興趣，因此成功做好這個實驗非常重要．

1 目前水沸騰實驗存在的問題

“水沸騰”實驗是本節課的一個重點，要求學生從“水沸騰”實驗中觀察現象，并會用繪圖方法和文字描述沸騰的特征．因此，給燒杯中的水加熱并使之沸騰是該實驗的關鍵．雖然實驗及相應結論都很明顯，但其具體操作時常常會出現以下問題．

1.1 氣泡大小的變化現象不易觀察

本節課的教學內容是蒸發和沸騰，“水沸騰”實驗只是這一節課中的一部分內容.為了能完成本節課的教學，必須要求學生在有限的時間里完成這個實驗.大多數教師一般采用小燒杯加少量的水來進行實驗．這樣做雖然節省了時間，但由于水的深度不夠，氣泡上升得比較快，學生來不及觀察氣泡大小的變化情況，氣泡就已經上升到水面破裂了．氣泡大小的變化情況是學生實驗要觀察的一部分，也是絕大多數學生的盲點．這樣做雖然縮短了加熱時間，但氣泡大小的變化卻不易觀察，影響整個實驗的效果．

圖1

1.2 溫度計液泡位置的高低影響實驗結論

筆者通過實驗發現，溫度計玻璃泡浸入水中的深度對實驗結果有重要影響．實驗時實驗者受以前的經驗和教材插圖(圖1)的影響，習慣性的將溫度計的玻璃泡放在水的中層或中下層，這樣做雖然能完成實驗，觀察到水沸騰的溫度，但實際水還未真正沸騰時，水的中層或中下層的溫度已達到沸點.實驗者根據記錄的溫度，最后進行數據分析時就容易得出這樣錯誤的結論：水沸騰之前溫度就保持不變．

1.3 燒杯加蓋不當會使水沸點升高影響溫度計的讀數

圖2

水在加熱過程中會產生水蒸氣，水蒸氣在向空氣中散熱時會吸收水的熱量使水的溫度降低.水的溫度越高形成的水蒸氣就越多，水溫升高的就越慢.為了能使水的溫度盡快上升，減少水的蒸發，實驗者常常采用在燒杯上加蓋的方法(圖2)，阻止水蒸氣散失，以加快水溫的升高，縮短加熱時間．由于水蒸氣的聚集，而使水面氣壓增大，則會導致水的沸點上升，在沸騰過程中，會出現邊沸騰邊升溫的現象，難以探究溫度變化的特點．若不加蓋，則加熱時間太長，且在水沸騰時，會因為水蒸氣上升液化形成霧氣而看不清楚溫度計的示數，并且溫度計上的水霧會使讀數比正常值偏高．

1.4 熱源不足使水的溫度上升太慢

實驗中的熱源直接影響水溫上升，熱源的加熱力度弱就會使實驗時間變長．水在加熱過程中從熱源吸收的熱量多，水就越容易汽化變成水蒸氣，水在汽化時會吸收大量的汽化熱，水面蒸發現象隨著溫度的升高而加劇．因此水溫升高的同時也在向外界放出熱量，水溫在上升至沸點的過程中，溫度低時水溫上升得快，溫度越高時水溫上升的就越慢．學生實驗中通常采用的熱源是酒精燈，而酒精燈提供的熱量又很有限，在水溫較高的情況下，水從熱源吸收的熱量如不能遠遠大于水向外界放出的熱量，溫度上升會明顯變慢，增加了實驗的用時.甚至當水從熱源吸收的熱量等于水向外界放出的熱量時，水溫不再上升，就不能觀察到沸騰．

2 對沸騰實驗的改進

筆者經過多年的教學實踐和反復的實驗嘗試，根據學校和學生的實際情況，對“水沸騰”實驗做了如下的改進．

2.1 實驗時用60℃的水水量不宜過少

實驗中為了縮短加熱時間采用預先加熱的方式，先用電熱水壺將水加熱到60 ℃左右，這個溫度是水繼續升溫的過程中，燒杯壁和燒杯底都有較多的小氣泡生成，氣泡逐漸從燒杯底部開始慢慢的上升，氣泡逐漸變小最后消失．為了能更好地觀察氣泡的變化情況，水量應該適當多一些，可采用250 ml的燒杯，加水約150 ml左右.這既縮短了實驗時間，又能清楚地觀察到氣泡的變化情況．

2.2 溫度計的液泡應剛好浸沒在水面之下

溫度計玻璃泡浸入水中的深度對測量結果有重要影響．水沸騰前，把溫度計的液泡放在水的上層測得的溫度，比放在水的中下層測得的溫度要高2 ℃～3℃．因為水是熱的不良導體，當容器里的水溫度較低時，上層和下層的水溫相差較大，對流運動劇烈.對流的結果使得水上層溫度較高，下層溫度較低，呈現“上熱下冷”的現象.當整個容器里的水溫度較高時，上層和下層的水溫差就比較小，對流運動不太劇烈，結果使得下層水溫度較高，上層水溫度較低，呈現“上冷下熱”的現象．為了得到正確的結論筆者認為應該將溫度計的玻璃泡剛好浸沒在水面下；因為此位置的水達到沸點時，整個燒杯內的水也就真正沸騰了.這樣得到的實驗數據就比較真實．

2.3 燒杯加蓋帶孔透明硬塑料片防止水沸點升高

筆者認為，要縮短實驗時間，最有效的方法是在燒杯上加蓋，但要做到加蓋后既不能封住燒杯口又能阻擋水蒸氣在溫度計上發生的液化現象，使讀出的溫度不會產生偏差．筆者對燒杯上的蓋做了一些改進．采用三片(一大二小)透明硬塑料片(圖3)，在大片薄透明塑料片中間鉆一小孔，使溫度計剛好穿過去，固定在溫度計位于50 ℃的位置上，擋住上升的水蒸氣．另兩小片的邊緣分別剪一個大橢圓形缺口，兩片放在一起蓋在燒杯口．剛開始加熱時兩缺口錯開封住燒杯口，盡量不讓水蒸氣漏出，待水溫升到大約90℃左右時移動塑料片使兩缺口重合讓部分水蒸氣漏出，以減小燒杯內的氣壓．這樣做既有效地防止了加熱時由于燒杯中的氣壓增大使水的沸點升高，又提高了實驗的準確性．

圖3

2.4 用大熱源加熱

這是一個簡單熟悉的實驗，如果因簡單而不被重視，因熟悉而不深究，實驗可能失敗．物理教師如能認真做好每一個實驗，重視改進，以節約教學時間，使學生能觀察到清晰的實驗現象，這樣才能有效地發揮實驗在物理教學中的作用．

1 徐雙華.水沸騰實驗探究.初中生輔導，2008(27)

2 常程光，孫杰.“水沸騰實驗”中影響所測沸點結果的因素.物理通報，2009(9)：40～42