對一個演示實驗方案的改進

由人民教育出版社出版的八年級物理教材（上冊），在研究溫度計的原理時，設(shè)計了一個演示實驗：（詳見義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書，八年級物理上冊，P76演示 自制溫度計）。這個實驗方案的合理性很值得商討。

演示 自制溫度計 在小瓶里裝一些帶顏色的水，配一個橡皮塞，橡皮塞上插進一根一端封閉的細玻璃管，把細玻璃管封閉的一端加熱，使玻璃管內(nèi)的空氣跑出一部分，迅速用橡皮塞塞住瓶口。

將小瓶放入熱水里，觀察細玻璃管中水柱的位置，然后再把小瓶放入冷水里，觀察水柱的位置。（義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書，八年級物理上冊，P76演示 自制溫度計）如圖

我嚴(yán)格按照實驗方案操作，發(fā)現(xiàn)該實驗方案存在安全隱患和不切合實際的因素?，F(xiàn)分析如下：

首先：選擇一端封閉的玻璃管，在實驗的過程中存在安全隱患。我們對玻璃管加熱，玻璃管內(nèi)的空氣要跑掉一部分，玻璃管內(nèi)的空氣變得稀薄一些，但是玻璃管內(nèi)仍然存在大量的空氣。然后我們用橡皮塞塞住瓶口，當(dāng)玻璃管內(nèi)的溫度降到和外界氣溫相同的時候，在玻璃管內(nèi)就會形成一段水柱，同時玻璃管內(nèi)也密封了一定的空氣。當(dāng)我們將小瓶放在熱水中，小瓶內(nèi)的水受熱膨脹，使玻璃管內(nèi)的水柱變長，必將導(dǎo)致玻璃管內(nèi)密封的氣體體積變小，壓強增大，從而導(dǎo)致玻璃管因無法承受較大的壓強而爆炸。嚴(yán)重威脅師生的人身安全。

其次：我們?nèi)绻x擇一個一端封閉的玻璃管，對封閉的一端加熱，玻璃管開口的一端溢出的空氣是不多的。當(dāng)我們把小瓶放在熱水里，瓶內(nèi)的水發(fā)生熱脹冷縮而進入玻璃管形成水柱的時候，所形成的水柱的長度一定會受到管內(nèi)殘留空氣的影響。根據(jù)氣體的性質(zhì)我們知道：在質(zhì)量一定的情況下，體積越小，壓強越大；所以隨著瓶內(nèi)的水逐漸進入玻璃管，必將導(dǎo)致玻璃管內(nèi)空氣體積變小，氣壓增大。這樣，在溫度較低的情況下，玻璃管內(nèi)的氣壓小，小瓶溫度每升高1攝氏度，玻璃管內(nèi)增加的水柱應(yīng)該較長；溫度高的時候，由于玻璃管內(nèi)的水柱較長，玻璃管內(nèi)空氣體積變小，氣壓增大，小瓶溫度每升高1攝氏度，玻璃管內(nèi)增加的水柱應(yīng)該較短。按照這樣的原理制成的溫度計，刻度應(yīng)該是不均勻的；而實際使用的溫度計是均勻的。因此選擇一端封閉的玻璃管探究溫度計的原理是不合實際的。

改進方法：選擇兩端都開口的玻璃管探究溫度計的原理更合適。選擇兩端都開口的玻璃管探究溫度計的原理，液柱和小瓶都要受大氣壓，液柱和小瓶受的大氣壓相互抵消。所以水柱的長度變化完全由溫度變化控制，和實際溫度計的效果完全一樣。

同時，改進后的實驗方案還可以方便的使用該自制溫度計學(xué)習(xí)攝氏溫度：將小瓶放在冰水混合物中足夠長的時間，記住水柱的位置并規(guī)定該處代表的溫度為0攝氏度。然后把小瓶置于沸水中足夠長的時間，記下水柱的位置，并規(guī)定該處代表的溫度為100攝氏度。由于在這種情況下水柱變化的長度是由溫度決定的，因此水柱的變化長度跟溫度成正比。所以我們就可以把兩個刻度之間的水柱100等分，每一等分代表的就是1攝氏度。這樣就可以達到將抽象的攝氏溫度概念轉(zhuǎn)化為形象直觀的平分水柱的目的。

因此，無論從安全角度還是從符合實際情況的角度考慮，在探究溫度計原理的時候，選擇兩端開口的玻璃管比選擇一端開口的玻璃管要合適得多。