關(guān)于沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系兩種改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的對(duì)比

吳玉萍

?

關(guān)于沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系兩種改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的對(duì)比

吳玉萍

摘 要：針對(duì)沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置只能靠推理得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的缺點(diǎn)，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上先插入電子溫度計(jì)，發(fā)現(xiàn)該裝置能使28℃的水沸騰，激發(fā)學(xué)生的好奇心和教師的探索熱情；在插入電子溫度計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上再接入真空表，可直觀顯示沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系．在教學(xué)中可根據(jù)不同的教學(xué)目的，選擇合適的裝置，達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果．

關(guān)鍵詞：沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系改進(jìn)對(duì)比

人教版《物理》八年級(jí)下冊(cè)教材中介紹了水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系，并介紹在我國(guó)的青藏高原大部分地區(qū)水的沸點(diǎn)僅為84～87℃，有的邊防哨所海拔5 000多米，水的沸點(diǎn)不足70℃．其實(shí)這部分知識(shí)，學(xué)生是很難想象的，不足70℃的水真的會(huì)沸騰嗎？沸騰的原因又是什么？

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(xiàn)在用盛有冷水的燒杯向瓶底部位澆灑，此時(shí)會(huì)看到燒瓶中的溫水沸騰了.學(xué)生看完裝置圖1(a)的實(shí)驗(yàn)：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(xì)孔中插入細(xì)玻璃管并與橡膠管相連，然后接在抽氣筒上，現(xiàn)給燒瓶上方空間抽氣，讓學(xué)生觀察燒瓶?jī)?nèi)發(fā)生的現(xiàn)象.看完裝置圖1(b)的實(shí)驗(yàn)：知道瓶?jī)?nèi)氣壓降低能讓溫水重新沸騰．

圖1

這兩實(shí)驗(yàn)共同缺點(diǎn)：不知道瓶?jī)?nèi)水的沸點(diǎn)是多少．無法與生活實(shí)際相聯(lián)系，印象不深刻．圖1(b)裝置的缺點(diǎn)：只能沸騰3次左右．

筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步改進(jìn)．

1低壓沸騰演示裝置

(1)實(shí)驗(yàn)裝置圖：如圖2.

(2)實(shí)驗(yàn)器材：燒瓶，電子溫度計(jì)，鐵架臺(tái)，硬膠塞(用開孔器鉆一個(gè)比溫度計(jì)探頭稍細(xì)的孔).

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

(4)使用方法：(實(shí)驗(yàn)時(shí)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(diǎn)不斷降低;但降到42℃左右, 再次澆30℃的冷水,燒瓶?jī)?nèi)的水不再沸騰;

2)這時(shí)筆者用了15℃的冷水往燒瓶澆,可以清楚看到：水再次出現(xiàn)劇烈沸騰，水的沸點(diǎn)繼續(xù)降低，最后發(fā)現(xiàn)28℃的水竟然還能沸騰,這對(duì)學(xué)生和教師都是一種驚訝!最后通過互聯(lián)網(wǎng)查找水的沸點(diǎn)為28℃時(shí),瓶?jī)?nèi)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(shí)驗(yàn)效果(如圖3)

圖3　低壓沸騰實(shí)驗(yàn)效果圖

1)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，能使溫度低至28℃的水沸騰，現(xiàn)象令人驚訝！激發(fā)學(xué)生的好奇心．可同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生小結(jié)得出估計(jì)高處海拔高度的方法：測(cè)量氣壓、測(cè)量水的沸點(diǎn)，再查出對(duì)應(yīng)的海拔高度等等．從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移和應(yīng)用能力．

2)缺點(diǎn)：不能直接觀察到瓶?jī)?nèi)氣壓的大小，只能靠推理得知．于是筆者對(duì)圖2的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步改進(jìn)．

2沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系演示裝置

(1)實(shí)驗(yàn)裝置圖：如圖4.

圖4　電子溫度計(jì)與真空表組成的實(shí)驗(yàn)裝置

(2)實(shí)驗(yàn)器材：

電子溫度計(jì)，燒瓶，較硬的膠塞(如果是軟塞，氣壓較低時(shí)，大氣壓很容易就會(huì)把塞子壓進(jìn)瓶?jī)?nèi))，細(xì)玻璃管，軟管，真空表(可在淘寶網(wǎng)購(gòu)買上，20元左右)，如圖5.

圖5

(說明： 空氣盒氣壓計(jì)的缺點(diǎn)：測(cè)量范圍較?。婵毡砜蓽y(cè)量幾乎為真空的氣壓)

實(shí)驗(yàn)注意：本實(shí)驗(yàn)不能用電動(dòng)抽氣機(jī)抽氣，因本實(shí)驗(yàn)抽出的是夾有大量高溫水蒸氣的空氣，否則會(huì)損壞電動(dòng)抽氣機(jī)．

(3)器材組裝

在硬膠塞中間用開孔器鉆兩個(gè)孔(兩孔要有一定間距，否則會(huì)漏氣)，把電子溫度計(jì)的探頭插入其中一小孔并進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，保證其能與瓶?jī)?nèi)液體充分接觸;

真空表用軟管與細(xì)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?jī)?nèi)空氣相通.

(4)使用方法

用酒精燈把燒瓶?jī)?nèi)的水燒至沸騰，把插有溫度計(jì)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(diǎn)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(diǎn)隨著氣壓的降低而不斷降低；

(5)實(shí)驗(yàn)效果(如圖6)

圖6　沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)效果

1)優(yōu)點(diǎn)：直接觀察到沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系.

2)缺點(diǎn)：水的沸點(diǎn)只能降到64℃左右，再次往燒瓶底澆冰水，瓶?jī)?nèi)氣壓不再降低，水也沒有再次沸騰．原因分析：氣壓計(jì)與燒瓶之間用細(xì)玻璃管與軟管相連，管內(nèi)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(chǎn)生的氣壓降低．

不同的實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生不同的實(shí)驗(yàn)效果，若作為初中學(xué)生的第一節(jié)物理課，目的是讓學(xué)生感受到物理是是一門有趣的科學(xué)，當(dāng)然是第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加震撼；若作為八年級(jí)下冊(cè)，要求學(xué)生知道沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系，當(dāng)然是第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀．

參 考 文 獻(xiàn)

1唐士海.對(duì)沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系裝置的改進(jìn).物理實(shí)驗(yàn)，2005(7):24

2崔佃波,孫豐富.沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)的改進(jìn).物理教師，2014(7):42

收稿日期：(2015-02-27)

作者簡(jiǎn)介：(廣州市番禺區(qū)沙灣鎮(zhèn)象達(dá)中學(xué)廣東 廣州511483)