“沸騰的規律”究竟如何選擇實驗器材

劉為 蔣冬梅

摘 要：從學生實驗現象明顯、易于觀察、節約時間的角度出發，給出“沸騰的規律”的實驗器材與教學建議。

關鍵詞：實驗;器材;液體沸騰

實驗是物理永恒的主題。新課標非常重視實驗，力求通過實驗探究引入概念，得出規律，通過實驗培養學生的興趣與能力。尤其是初中物理與生活聯系十分緊密，充分體現由生活走向物理，由物理走向社會的特點。

一、問題的提出

問題來源于初中物理的必做學生實驗“沸騰的規律”。人教版用的是如圖1所示的器材，教科版用的是如圖2所示的器材，究竟在學生探究“沸騰的規律”時選用哪一套器材更科學呢？

二、實驗研究

【實驗1】實驗器材如圖1所示，選用的是中等燒杯，容積250 ml，不加蓋。水的高度剛好淹沒溫度計的感溫泡，杯中的水量約70 ml，初溫約70℃。

[現象]加熱到沸騰所需的時間長，不易觀察到沸騰前氣泡的變化由大變小、沸騰時氣泡由小變大的變化;這不符合課堂實驗節約時間且現象明顯的要求。沸騰時的溫度約為98℃。

【實驗2】實驗器材如圖2所示，選用試管裝水。水量加到試管的三分之一左右，約為25 ml，初溫約為70℃。

[現象]加熱到沸騰的時間比實驗1明顯減少，且氣泡的變化非常明顯。克服了實驗1存在的問題。筆者在準備實驗時發現沸騰的溫度為103℃，認為這是偶然，可能是溫度計的精確度造成的問題。但課堂實驗時，所有小組的沸騰溫度均超過了100℃，有的甚至達到了110℃。

【實驗3】實驗器材如圖1所示，選用的燒杯是超小燒杯，容積50 ml，不加蓋。水的高度剛好淹沒溫度計的感溫泡，但是由于杯子小，杯中的水量約為35 ml，初溫約為70℃。

[現象]加熱到沸騰的時間與實驗2比較接近，同時氣泡的變化也非常明顯，沸騰的溫度約為98℃。

【實驗4】實驗器材如圖1所示，選用的燒杯是中等燒杯，容積為250 ml，加蓋。水的高度剛好淹沒溫度計的感溫泡，杯中的水量約為70 ml，初溫約為70℃。

[現象]加熱到沸騰的時間和第一次接近，沸騰時的溫度到達了105℃。

三、實驗結果分析

由熱力學知識可知，沸騰是在一定溫度下液體內部和表面同時發生的劇烈的汽化現象。沸點是液體沸騰時候的溫度，也就是液體的飽和蒸氣壓與外界壓強相等時的溫度。不同液體的沸點不同，同種液體的沸點與氣壓有關，液面上方氣壓越大，沸點就越高，氣壓越低，沸點越低。大氣壓又與海拔有關，海拔為0 m時的大氣壓為標準大氣壓，海拔越高，氣壓越低，成都的海拔約為500 m，水的沸點約為98.4℃。

由實驗1、3可知水的沸點為98℃，基本符合成都的大氣壓與海拔的關系。而實驗2、4都是在與1、3相同的時間段和實驗室做的，外部條件一樣，但沸點均超過了標準大氣壓下的沸點。造成此種現象的原因是只在容器的下半部有液體，容器本身比較長或者加上蓋子后液體在加熱過程中產生的大量蒸氣不能及時散開，聚集在容器上半部分，使得液面上方的氣壓增大，沸點升高。

四、教學建議

“沸騰的規律”作為初中物理的必做實驗，在學生實驗時建議選用不加蓋的50 ml的小燒杯作為容器，此時觀察到的沸騰的氣泡變化和溫度變化才是當地真實情況的反映。并且實驗時間短，符合課堂實驗的特點。如果要驗證氣壓對沸點的影響，可在用實驗2與實驗4。

五、思考

無論是課堂演示實驗還是學生實驗，教師都應該抓住實驗中的每一個關鍵點，分析實驗現象背后的原因。看似簡單的實驗，如何選擇最合適的器材，在何時使用該實驗都值得老師不斷思考與探索。