巧做冰的熔化實(shí)驗(yàn)

包成洲

摘 要：冰的熔化實(shí)驗(yàn)不易成功。問題：冰塊的制取；溫度計(jì)的讀數(shù)。解決方法：實(shí)驗(yàn)器材的選擇；實(shí)驗(yàn)方法的更新；具體操作方法。

關(guān)鍵詞：冰；熔化實(shí)驗(yàn)；初中物理

初中物理教材蘇科版第一冊(cè)中“冰的熔化實(shí)驗(yàn)”是一個(gè)對(duì)學(xué)生的獲得熔化知識(shí)、激發(fā)探究興趣和掌握基本實(shí)驗(yàn)技能有很大作用的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生要正確使用儀器、仔細(xì)觀測(cè)測(cè)量、取得資料數(shù)據(jù)，并親自分析總結(jié)、小組合作完成。課本的編者和很多老師對(duì)它也是贊賞有加。綜合其優(yōu)點(diǎn)：（1）冰的熔化實(shí)驗(yàn)中牽涉的物理量較多，有時(shí)間和溫度，都需要測(cè)量，有不同的測(cè)量工具，且需要同時(shí)進(jìn)行讀數(shù)，所以一兩個(gè)學(xué)生不易操作。需要幾個(gè)學(xué)生協(xié)同完成。體現(xiàn)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。（2）實(shí)驗(yàn)要求對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析處理，得到晶體的熔化圖像。學(xué)生要邊觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，邊記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)。而有別于一般的實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變化很快，如果只顧看現(xiàn)象圖熱鬧，實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)瞬即丟。實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)收集有一定的難度，既有利于提高學(xué)生的注意力和興奮度，又有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣摺＃?）數(shù)據(jù)的圖像化處理，強(qiáng)調(diào)學(xué)科間的聯(lián)系。學(xué)習(xí)物理過程中圖像一直是非常重要的環(huán)節(jié)。冰的熔化實(shí)驗(yàn)開啟了物理圖像的先河。學(xué)生第一次用到直角坐標(biāo)系，應(yīng)用時(shí)間和溫度作為坐標(biāo)，知道把對(duì)應(yīng)的點(diǎn)標(biāo)在坐標(biāo)系中，畫出完美的線條。做好冰的熔化圖像的教學(xué)，并懂得圖像描述和分析是物理研究中重要的方法，這對(duì)今后的物理知識(shí)學(xué)習(xí)和學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。（4）從心理學(xué)的角度來考慮，學(xué)生在掌握新知時(shí)，必須要在自己原有的認(rèn)知框架中找到與之相適應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，有關(guān)冰的現(xiàn)象，學(xué)生心理認(rèn)同度高，是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常見過的物質(zhì)狀態(tài)。尤其是剛剛經(jīng)歷過炎熱的夏季，南方的學(xué)生對(duì)冰更有一種親切感。其次，冰的來源較為廣泛，教師自己可以制取，也可以動(dòng)員學(xué)生參與制取后帶來，不失為一個(gè)可以廣泛參與的好實(shí)驗(yàn)。

我教了幾輪下來感受很多。就這樣一個(gè)非常重要而看似簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，我們實(shí)際得到的往往只是學(xué)生參與的熱情，沒有收到應(yīng)有的效果。因?yàn)槲覀冊(cè)谡嬲鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)與理想的情況有很大的差距，最后只能很尷尬的自己套用一些數(shù)據(jù)給學(xué)生，或者自己找一些托詞。

問題：1.按照教材要求，本實(shí)驗(yàn)采用水浴法并用酒精燈加熱

在實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們照搬教材，因冰熔化太快，實(shí)驗(yàn)無一組成功。經(jīng)過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，南京九月氣溫在20℃以上，根本無需酒精燈加熱，連水浴法都不需要，直接利用周圍環(huán)境作為熱源都能使碎冰的熔化速度非常快。而一旦冰塊大一點(diǎn)則熔化得很慢，很難達(dá)到預(yù)期的效果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中讀出的數(shù)據(jù)一般不能得到一個(gè)理想的晶體熔化圖像，其圖形與非晶體的熔化圖像很類似。老師只能用實(shí)驗(yàn)的誤差來敷衍過去，重新給學(xué)生介紹一組比較合理的數(shù)據(jù)，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)缺乏說服力，而真正能使冰塊大小恰到好處，得到一些比較準(zhǔn)的數(shù)據(jù)確實(shí)很難做到。

問題2.冰水混合物中溫度計(jì)的讀數(shù)

實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度計(jì)玻璃泡埋在冰中，當(dāng)冰開始熔化時(shí)，學(xué)生多發(fā)現(xiàn)冰熔化時(shí)溫度計(jì)顯示為-2℃（與容器的大小有關(guān)，也與冰的初溫有關(guān)），但很快就是4℃，很少有0℃。其中4℃持續(xù)的時(shí)間最長(zhǎng)。經(jīng)仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，玻璃泡四周全部是水。我們知道4℃的水是最穩(wěn)定的。所以大部分時(shí)間溫度計(jì)的讀數(shù)都是4℃。這與我們介紹的冰的熔點(diǎn)有較大的出入。

如何克服這些問題，做出我們滿意的結(jié)論呢？我經(jīng)過幾年的探索找到了一個(gè)比較好的方法。現(xiàn)介紹如下：

每小組器材：試管1個(gè)規(guī)格20ml，如沒有大一點(diǎn)也可以，實(shí)驗(yàn)需要的時(shí)間就會(huì)稍長(zhǎng)。溫度計(jì)1只，泡沫塑料用刀切成略大于試管口的1cm厚的方塊。本實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的難點(diǎn)就是如何使溫度計(jì)能直立在試管中，且不能碰到試管的底和壁。有的老師用橡皮塞做，結(jié)果會(huì)擋住溫度計(jì)的0℃附近的讀數(shù)，不便于數(shù)據(jù)的讀取和記錄。用泡沫塑料則可以根據(jù)溫度計(jì)的液泡長(zhǎng)短自己調(diào)節(jié)固定溫度計(jì)的位置。

操作：試管中放入水6～8ml必須能浸沒溫度計(jì)的液泡，用燒紅的鐵絲在泡沫塊中間燙一個(gè)比溫度計(jì)直徑略小的洞，把溫度計(jì)插入水中，注意不能碰到試管的底和壁。做好后正立放在試管架上放入冰柜冷凍一夜。

保存：由于上課時(shí)的溫度較高而制取的冰不能長(zhǎng)時(shí)間保存，可用保溫桶放置帶到班級(jí)中使用。如沒有，則可以找一個(gè)塑料泡沫盒子，里面放入自己制取的冰鹽水，自制成一個(gè)隨身攜帶的保溫箱。可以使冰的初溫在-5℃左右，且維持的時(shí)間可以超過40分鐘。

實(shí)驗(yàn)時(shí)每4人一組，小組協(xié)作：一個(gè)負(fù)責(zé)看時(shí)間，一個(gè)負(fù)責(zé)看冰的熔化，一個(gè)負(fù)責(zé)讀溫度計(jì)的視數(shù)，還有一個(gè)負(fù)責(zé)記錄數(shù)字。南京地區(qū)實(shí)驗(yàn)時(shí)不需要加熱，直接利用空氣自然加熱即可。全部完成大約需要6min左右。下面是我在課堂上一組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)過程中，冰的熔化過程清晰，且時(shí)間適中，融點(diǎn)溫度準(zhǔn)確。便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并且根據(jù)所得數(shù)據(jù)畫出冰的熔化圖像，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。為學(xué)生掌握冰的熔化現(xiàn)象提供了生動(dòng)的體驗(yàn)，極大地提高了學(xué)習(xí)的趣味性和效率。

物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生感受物理思想、領(lǐng)悟物理科學(xué)精髓最主要、最有效的途徑之一。初中生剛剛接觸物理，讓學(xué)生親自動(dòng)手使用儀器、觀測(cè)測(cè)量、取得資料數(shù)據(jù)，并親自分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，經(jīng)歷探究過程，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)、掌握實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)良好品德的重要環(huán)節(jié)。一個(gè)成功與完美的實(shí)驗(yàn)勝過教師千言萬(wàn)語(yǔ)，我們值得追求。

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