“探究海波熔化過(guò)程特征”分組實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

摘要：“探究海波熔化過(guò)程特征”分組實(shí)驗(yàn)，存在的問(wèn)題主要有兩方面：第一，試管內(nèi)靠近外壁的海波過(guò)早熔化，學(xué)生在此時(shí)看到試管內(nèi)海波溫度仍在上升；第二，試管內(nèi)中間部分海波熔化時(shí)，觀測(cè)到溫度不變過(guò)程時(shí)間較短，數(shù)據(jù)較少。根據(jù)反復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，我們提出幾點(diǎn)改進(jìn)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：晶體；熔化；改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148(2007)2(S)-0014-2

1問(wèn)題的提出

在新課標(biāo)物理教材中，“探究海波熔化過(guò)程特征”是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。初二學(xué)生要真正理解晶體熔點(diǎn)、一定的熔化溫度等難點(diǎn)知識(shí)，體驗(yàn)到探究實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣，學(xué)生能親自觀察到較理想的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就成為關(guān)鍵。

一般學(xué)生用圖1所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果用小燒杯(內(nèi)徑約75mm)、小試管(內(nèi)徑約16mm)、試管內(nèi)裝2．5cm深海波，酒精燈一直加熱，30s記錄一次數(shù)據(jù)，試管內(nèi)靠近外壁的海波在試管內(nèi)溫度計(jì)示數(shù)40℃左右就會(huì)出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。并且溫度值不變的過(guò)程也很短暫，學(xué)生不易從親自探究的數(shù)據(jù)中分析出正確的結(jié)論。

首先，怎樣才能控制試管內(nèi)靠近外壁的海波不要過(guò)早熔化?比較好的方式就是通過(guò)控制燒杯中的水溫來(lái)控制海波的均勻受熱，即及時(shí)撤掉酒精燈。那么就要監(jiān)測(cè)內(nèi)外溫差，所以采用圖2的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

其次，試管內(nèi)中間部分海波熔化時(shí)，觀測(cè)到溫度不變過(guò)程時(shí)間較短，數(shù)據(jù)較少，怎樣延長(zhǎng)海波熔化時(shí)間，多測(cè)到幾組溫度不變的數(shù)據(jù)?我們考慮從兩個(gè)角度入手：第一，增加海波的質(zhì)量，但這樣做一方面會(huì)增長(zhǎng)加熱時(shí)間，另一方面海波受熱不均的問(wèn)題會(huì)加劇，因此不可??；第二，減慢海波吸熱的速度，那么可以通過(guò)降低水的升溫速度，即增加水量、及時(shí)撤掉酒精燈來(lái)實(shí)現(xiàn)。

另外，還有的問(wèn)題就是何時(shí)撤酒精燈、何時(shí)再次加熱，而且為了安全，還要考慮如何才能不頻繁的撤換酒精燈?

2改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

我們針對(duì)上面的思路做了多次對(duì)比改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果一次比一次好!逐步改進(jìn)中的某兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下。

2．1改進(jìn)實(shí)驗(yàn)1

實(shí)驗(yàn)器材：大燒杯(內(nèi)徑約90mm)、小試管(內(nèi)徑約16mm)、常溫水300ml、溫度計(jì)(玻璃泡中液柱高約1cm)、試管內(nèi)海波高度2．5cm。

裝置安裝好后就開(kāi)始計(jì)時(shí)，每30s記錄一次海波及水的溫度。

試管內(nèi)靠近外壁的海波在46℃開(kāi)始熔化，海波溫度變化數(shù)據(jù)分析如圖3。

AB段海波溫度上升較緩慢，這主要是“等待”水升溫的過(guò)程；實(shí)驗(yàn)中待海波溫度升至45℃時(shí)撤掉酒精燈，這樣做是為了讓水溫達(dá)不到海波熔點(diǎn)，即使試管內(nèi)海波存在溫差，靠近外壁的海波也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)早熔化的現(xiàn)象；由于撤掉酒精燈，水溫出現(xiàn)緩慢上升至不上升的情況。試管內(nèi)外溫差變小，導(dǎo)致CD段海波溫度升高速度放緩；DE段溫度上升速度又變快，是由于再次移入了酒精燈；EF段從現(xiàn)象上來(lái)看為海波熔化過(guò)程，溫度值表現(xiàn)為不變，有約7組不變的數(shù)據(jù)；FG段海波己完全熔化，溫度開(kāi)始升高。整個(gè)過(guò)程用時(shí)約21min。

實(shí)驗(yàn)中分別在水溫為45℃、50．5℃、61℃時(shí)撤掉酒精燈，在水溫為47．2℃、50．2℃時(shí)移回酒精燈，共五次移動(dòng)酒精燈。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)做了進(jìn)一步改進(jìn)。首先，可以用溫水代替常溫水，這樣有利于縮短初始階段的海波升溫時(shí)間；其次，內(nèi)外溫差是否合適可以從海波溫度上來(lái)觀察，待海波升溫較慢時(shí)，就可以繼續(xù)加熱，這樣從圖線(xiàn)上看溫度上升仍然會(huì)較明顯；待觀察到海波已開(kāi)始熔化，就可以撤去酒精燈，利用石棉網(wǎng)與燒杯余熱，水會(huì)繼續(xù)升溫一段時(shí)間，這樣也可以滿(mǎn)足學(xué)生觀察的需要。

2．2改進(jìn)實(shí)驗(yàn)2

該實(shí)驗(yàn)中水溫度為37℃，其它器材及安裝與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)1相同。

試管內(nèi)靠近外壁的海波在47℃開(kāi)始熔化；海波溫度變化數(shù)據(jù)如圖4所示：海波升溫、熔化、再升溫的時(shí)間約16min。初始時(shí)海波升溫較快，待開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)時(shí)海波溫度已升至34．5℃。由于在水溫升至45℃時(shí)撒掉酒精燈，CD段同樣出現(xiàn)了升溫較緩的現(xiàn)象，不過(guò)所需時(shí)間變短；DE段從現(xiàn)象上來(lái)看為海波熔化過(guò)程，溫度值不變，也有約7組不變的數(shù)據(jù)；FG段海波完全熔化，溫度開(kāi)始升高。

實(shí)驗(yàn)中分別在水溫為45℃時(shí)撤掉酒精燈，在水溫為48℃時(shí)移回酒精燈；在水溫為53．5℃再次撤掉酒精燈，共三次移動(dòng)酒精燈。

3海波熔化實(shí)驗(yàn)改進(jìn)建議

通過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察與數(shù)據(jù)分析，我們認(rèn)為“探究海波熔化過(guò)程”分組實(shí)驗(yàn)可以做如下幾方面的改進(jìn)：

第一，水的初溫可以適當(dāng)提高，起到縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間的目的。通過(guò)數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)象觀察，為海波加熱的水初溫可以適當(dāng)提高，但不能高于海波熔點(diǎn)，用手接觸感覺(jué)微溫就可以，否則會(huì)導(dǎo)致試管內(nèi)靠近外壁海波過(guò)早熔化。

第二，第一次撤掉酒精燈時(shí)間不宜太遲，這樣靠近試管外壁的海波不會(huì)出現(xiàn)過(guò)早熔化的現(xiàn)象。在試管內(nèi)部的海波尚未升溫到熔點(diǎn)前，要控制靠近試管外壁的海波不要過(guò)早熔化，這就需控制水溫不要超過(guò)海波的熔點(diǎn)，所以要及時(shí)撤走酒精燈。隨著海波與水溫差變小，升溫就會(huì)放緩，可以當(dāng)觀察到海波每30秒升溫不足1℃，就再次移入酒精燈。另外，如果有條件此時(shí)可以用攪拌器開(kāi)始攪拌。

第三，內(nèi)部海波開(kāi)始熔化后，就可以第二次撤掉酒精燈。由于石棉網(wǎng)、玻璃杯等的溫度高于水的溫度，撤掉酒精燈后，水溫一般還會(huì)上升約3℃，這樣海波既能繼續(xù)熔化，又由于水溫不太高而熔化較緩，學(xué)生可以觀察到多組熔點(diǎn)溫度值。

第四，數(shù)據(jù)記錄上，雖然初二學(xué)生的溫度計(jì)讀值不需要估計(jì)，但在學(xué)生做這個(gè)分組實(shí)驗(yàn)中，我們還是建議讓學(xué)生有一位的估讀值，這樣在數(shù)據(jù)分析上不至于出現(xiàn)熔化前后溫度值相等的情況。如果有條件的話(huà)，可以讓部分學(xué)生運(yùn)用溫度傳感器來(lái)測(cè)溫度，這樣結(jié)果會(huì)更精確，也可以對(duì)比分析普通溫度計(jì)與溫度傳感器的測(cè)量結(jié)果，有利于培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)。

另外，玻璃泡位置、試管內(nèi)海波高度以海波熔化后液面不低于玻璃泡上表面為宜。為更準(zhǔn)確了解試管內(nèi)外準(zhǔn)確溫差，每次實(shí)驗(yàn)兩溫度計(jì)的玻璃泡可以調(diào)整在同一高度。

(欄目編輯趙保鋼)