探究物質的熔化和凝固的實驗改進

吳愛華

(海安縣李堡鎮初級中學 江蘇 南通 226631)

物理實驗是學生感受物理思想、領悟物理科學精髓的最主要、最有效的途徑之一，讓全體學生參與并自主完成相關物理實驗是教材編撰者及物理教師的努力目標，《物理》八年級上冊第二章第3節“熔化和凝固中探究熔化和凝固的特點”是初中物理教學中比較難做的實驗之一，許多教師都把這個實驗改成了演示實驗．原因是該實驗的目的是使學生通過對固體熔化過程的觀察,總結出晶體和非晶體的熔化特點,會區分晶體和非晶體．然而,該實驗中要控制晶體達到熔點繼續吸熱而溫度不變是困難的．非晶體吸熱溫度不斷上升,狀態逐漸變軟,如何讓學生感受到這一特點也是比較困難的．物理教材前后將晶體熔化實驗材料的選擇演變從萘到海波再到冰,目的就是解決這2個關鍵問題,而這2個關鍵問題不解決,該節課就難以成功．但該實驗做的結果都不理想,怎樣突破這個難點,筆者也嘗試作了一些探討，下面就選材優勢作分析，并說明筆者用低熔點的合金做晶體熔化實驗材料的理由．

在用萘做熔化實驗時，水溫很高，增加了實驗的不安全因素，實驗室里充滿了濃濃的氣味，學生聞了之后很不舒服，影響了實驗的正常操作．同時，萘作為一種對人體造血系統毒性很強的化工原料，國家法規已禁止用于日用品的制造，因此，萘用于物理實驗，還容易造成師生的身心傷害，另外實驗的操作要求比較高，萘的純度，溫度計的玻璃泡的放置位置，試管浸在水中的深度，攪動器何時開始攪動，任一環節稍有差失，都可能導致實驗的失敗．

在用海波做熔化實驗時，海波的化學性質不穩定，易與空氣中氧氣、二氧化碳、水發生化學反應，在溫度升高時又容易分解，在做海波熔化實驗時，常因海波的純度不高而導致實驗失敗．在實驗的操作中對初始水溫要求較高，水溫過低，因加熱時間長海波失去結晶水，使實驗失去可信度，水溫過高，則因海波的熱導性較差，各部分溫差大而造成實驗結果不能令人滿意，

在用冰做熔化實驗時，操作是簡單易行,但準備工作較難；只能做冰的熔化實驗，實驗中溫差不易控制，由于冰是熱的不良導體，傳熱不方便，實驗現象不明顯，并且不能做水的凝固實驗．

筆者認為熔化和凝固實驗的材料選用標準是，材料加熱不應該分解，比熱、熔解熱較小，熱的良導體，熔點最好在40～100 ℃之間，最好無毒副作用等．最好能做學生分組實驗,因為演示實驗可見度不高,筆者經過仔細篩選選用低熔點 (70 ℃左右)的合金做實驗材料,它比武德合金尋找方便,且價格低廉,該合金200元左右1 kg,每組實驗大約35 g左右,既能做凝固實驗，又可多次使用．

具體實驗器材的選擇及操作過程如下.

材料準備：35 g左右低熔點的合金小顆粒，小試管，兩支溫度計(-10～100 ℃)，鐵架臺，加熱器(酒精燈)等.

實驗過程：把35 g左右合金碎片放入小試管內，進行“水浴法”加熱，裝置如圖1所示．

圖1 “水浴法”加熱裝置

注意溫度計液泡位于合金碎片中間偏下，加熱至熔化狀態，應調整溫度計使其沒在合金中．注意控制內外兩支溫度計的示數差始終保持在3 ℃左右至全部熔化，再加熱至內外溫度計示數基本相等,移開酒精燈，讓合金在水浴中自然冷卻，也冷卻至內外溫度計示數基本相等．

優點：器材簡單，費用低；效果較理想，若恰當控制，熔化、凝固現象明顯，不但可觀察到熔點，也可觀察到凝固點，熔點及凝固點持續時間達3～5 min.

實驗記錄：低熔點合金的熔化和凝固實驗記錄如表1.

表1 低熔點合金的熔化和凝固實驗數據

根據實驗記錄畫出低熔點合金的熔化和凝固圖像．

目前存在問題：實驗中小試管經常容易破裂，實驗中測的熔點為70 ℃，而凝固點為69 ℃存在“過冷”現象．

以上是本人對熔化凝固實驗的一些看法，因為實驗條件及時間問題，做了以上幾個實驗，實驗中的問題可能沒有完全暴露，有待以后再做深入的探究．