關于沸點與氣壓關系兩種改進實驗裝置的對比

吳玉萍

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關于沸點與氣壓關系兩種改進實驗裝置的對比

吳玉萍

摘 要：針對沸點與氣壓關系的傳統實驗裝置只能靠推理得出實驗結論的缺點，在傳統實驗裝置的基礎上先插入電子溫度計，發現該裝置能使28℃的水沸騰，激發學生的好奇心和教師的探索熱情；在插入電子溫度計的實驗裝置的基礎上再接入真空表，可直觀顯示沸點與氣壓的關系．在教學中可根據不同的教學目的，選擇合適的裝置，達到理想的實驗效果．

關鍵詞：沸點與氣壓關系改進對比

人教版《物理》八年級下冊教材中介紹了水的沸點與氣壓的關系，并介紹在我國的青藏高原大部分地區水的沸點僅為84～87℃，有的邊防哨所海拔5 000多米，水的沸點不足70℃．其實這部分知識，學生是很難想象的，不足70℃的水真的會沸騰嗎？沸騰的原因又是什么？

傳統的實驗裝置如圖1所示，圖1(a)中在燒瓶中裝入半瓶接近燒開的溫水，用膠塞把瓶口塞緊，用試管夾夾住瓶頸呈倒立狀，瓶底朝上.現在用盛有冷水的燒杯向瓶底部位澆灑，此時會看到燒瓶中的溫水沸騰了.學生看完裝置圖1(a)的實驗：驚訝；圖1(b)中在燒瓶仍裝有溫水，用帶孔的膠塞塞緊瓶口，在膠塞的細孔中插入細玻璃管并與橡膠管相連，然后接在抽氣筒上，現給燒瓶上方空間抽氣，讓學生觀察燒瓶內發生的現象.看完裝置圖1(b)的實驗：知道瓶內氣壓降低能讓溫水重新沸騰．

圖1

這兩實驗共同缺點：不知道瓶內水的沸點是多少．無法與生活實際相聯系，印象不深刻．圖1(b)裝置的缺點：只能沸騰3次左右．

筆者結合自己的教學實踐，對傳統的實驗裝置進一步改進．

1低壓沸騰演示裝置

(1)實驗裝置圖：如圖2.

(2)實驗器材：燒瓶，電子溫度計，鐵架臺，硬膠塞(用開孔器鉆一個比溫度計探頭稍細的孔).

(3)器材組裝：先用鐵架臺固定電子溫度計，在圖1的膠塞的孔中插入電子溫度計.

(4)使用方法：(實驗時的室溫為30℃左右)

圖2　低壓沸騰演示裝置

1)在燒瓶中裝入半瓶水，并用酒精燈燒至沸騰，用膠塞把燒瓶口塞緊，倒立(或正立)，接著往倒立(或正立)的燒瓶不斷地澆30℃左右的冷水,可觀察到燒瓶中的水溫雖不斷地降低，卻不斷地劇烈沸騰，沸點不斷降低;但降到42℃左右, 再次澆30℃的冷水,燒瓶內的水不再沸騰;

2)這時筆者用了15℃的冷水往燒瓶澆,可以清楚看到：水再次出現劇烈沸騰，水的沸點繼續降低，最后發現28℃的水竟然還能沸騰,這對學生和教師都是一種驚訝!最后通過互聯網查找水的沸點為28℃時,瓶內的氣壓竟然只有3 779 Pa，即只有珠穆朗瑪峰氣壓的13%左右!

(5)實驗效果(如圖3)

圖3　低壓沸騰實驗效果圖

1)優點：實驗操作簡單，能使溫度低至28℃的水沸騰，現象令人驚訝！激發學生的好奇心．可同時引導學生小結得出估計高處海拔高度的方法：測量氣壓、測量水的沸點，再查出對應的海拔高度等等．從而培養學生對知識的遷移和應用能力．

2)缺點：不能直接觀察到瓶內氣壓的大小，只能靠推理得知．于是筆者對圖2的實驗裝置進一步改進．

2沸點與氣壓的關系演示裝置

(1)實驗裝置圖：如圖4.

圖4　電子溫度計與真空表組成的實驗裝置

(2)實驗器材：

電子溫度計，燒瓶，較硬的膠塞(如果是軟塞，氣壓較低時，大氣壓很容易就會把塞子壓進瓶內)，細玻璃管，軟管，真空表(可在淘寶網購買上，20元左右)，如圖5.

圖5

(說明： 空氣盒氣壓計的缺點：測量范圍較小．真空表可測量幾乎為真空的氣壓)

實驗注意：本實驗不能用電動抽氣機抽氣，因本實驗抽出的是夾有大量高溫水蒸氣的空氣，否則會損壞電動抽氣機．

(3)器材組裝

在硬膠塞中間用開孔器鉆兩個孔(兩孔要有一定間距，否則會漏氣)，把電子溫度計的探頭插入其中一小孔并進入瓶內，保證其能與瓶內液體充分接觸;

真空表用軟管與細玻璃管相連后把玻璃管完全插入硬膠塞中，并使其一端開口露出液面2 cm左右，保證其能與瓶內空氣相通.

(4)使用方法

用酒精燈把燒瓶內的水燒至沸騰，把插有溫度計探頭與玻璃管的塞子塞緊燒瓶的瓶口，為防漏氣，可在塞子周圍涂一點凡士林,往裝有剛沸騰的水的倒立(或正立)的燒瓶不斷地澆溫度較低的冷水,可

觀察到水的沸點隨著氣壓的降低而不斷降低；

(5)實驗效果(如圖6)

圖6　沸點與氣壓關系實驗效果

1)優點：直接觀察到沸點與氣壓的關系.

2)缺點：水的沸點只能降到64℃左右，再次往燒瓶底澆冰水，瓶內氣壓不再降低，水也沒有再次沸騰．原因分析：氣壓計與燒瓶之間用細玻璃管與軟管相連，管內的殘留有空氣，澆冰水的方法只能使溫度較高的水蒸氣液化而使氣壓降低，而不能使空氣產生的氣壓降低．

不同的實驗裝置產生不同的實驗效果，若作為初中學生的第一節物理課，目的是讓學生感受到物理是是一門有趣的科學，當然是第一個實驗的實驗現象更加震撼；若作為八年級下冊，要求學生知道沸點與氣壓的關系，當然是第二個實驗的實驗現象更加直觀．

參 考 文 獻

1唐士海.對沸點與氣壓關系裝置的改進.物理實驗，2005(7):24

2崔佃波,孫豐富.沸點與氣壓關系實驗的改進.物理教師，2014(7):42

收稿日期：(2015-02-27)

作者簡介：(廣州市番禺區沙灣鎮象達中學廣東 廣州511483)