水沸騰實(shí)驗(yàn)器材對比研究

張曉麗

江蘇省南京市旭東中學(xué)(210004)

1 引言

“觀察水的沸騰”實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生觀察水中發(fā)生的現(xiàn)象(氣泡的變化)并記錄溫度，這就提醒教師在選擇器材時要便于觀察水沸騰前后氣泡的上升變化情況和便于記錄溫度的變化特點(diǎn)。課本中的傳統(tǒng)器材在使用時要注意，水量不要太多(250 mL左右)，初始水溫不要過低(保持在70～80 ℃)，實(shí)驗(yàn)開始時每2 min記錄一次水溫，水溫到達(dá)90 ℃后每0.5 min記錄一次水溫，直到2 min后停止讀數(shù)。筆者在教學(xué)中為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，數(shù)據(jù)記錄更方便，嘗試使用一些不同的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對器材進(jìn)行了一些改進(jìn)和比較。

2 對比研究

2.1 熱源的比較

將傳統(tǒng)的酒精燈換成自制的三芯酒精燈，優(yōu)點(diǎn)是可以縮短從加熱到沸騰時的時間，缺點(diǎn)是自制酒精燈耗材耗時，實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備時間較長。另外，加熱水溫到90 ℃后記錄溫度的時間間隔要縮短，但由于溫度上升比較快，不便于記錄數(shù)據(jù)。用電爐加熱雖然快，但沸點(diǎn)會比較高(可能是水吸收的熱量比散去的熱量多)。傳統(tǒng)酒精燈雖然加熱慢些，但便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄溫度。

2.2 燒杯的比較

用大燒杯盛水在敞口的情況下，難以觀察到水的沸騰。因?yàn)楸诖笄页?，短時間為水蒸發(fā)散失的熱量和杯壁傳導(dǎo)所釋放的熱量大于等于水吸收的熱量，水也不會沸騰。用250 mL的小燒杯盛裝約2/3體積溫度為80 ℃的水，用酒精燈加熱8 min后可觀察到水的沸騰。15 min內(nèi)就可以完成實(shí)驗(yàn)，不會出現(xiàn)上述問題。

2.3 燒杯和試管的比較

用試管盛水進(jìn)行加熱，加熱時間短，水沸騰快，氣泡變化明顯。但試管散熱慢，會邊沸騰邊升溫，加熱時間長了會出現(xiàn)“暴沸”現(xiàn)象，一不小心會濺傷學(xué)生。另外試管需要用試管夾固定，加熱時需要將試管傾斜并對準(zhǔn)試管底部的2/3處進(jìn)行加熱，這對溫度計(jì)的安裝等操作帶來了困難。在水沸騰后，大量的水蒸氣在瓶口附近遇冷液化，影響溫度計(jì)的讀數(shù)。

2.4 燒杯和燒瓶的比較

燒瓶瓶口較小，可以不用加蓋子，但固定燒瓶需要鐵夾臺，另外還需要一個鐵夾來固定溫度計(jì)，安裝器材比較麻煩。且水沸騰后，也會有大量的水蒸氣在瓶口附近遇冷液化，影響溫度計(jì)的讀數(shù)。燒瓶一般演示實(shí)驗(yàn)用得較多，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)使用較少，器材準(zhǔn)備難度較大。

2.5 蓋子的比較

要縮短從加熱到沸騰的時間的一條措施是在容器口添加蓋子，但不同材質(zhì)的蓋子對實(shí)驗(yàn)的影響是不一樣的。紙蓋在實(shí)驗(yàn)過程中會被水蒸氣濕潤而下凹，水蒸氣聚集在燒杯內(nèi)，會使杯內(nèi)氣壓升高，水的沸點(diǎn)上升，難以測得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。如果在水沸騰后拿掉紙蓋讀數(shù)，由于溫度較高，操作不安全，且實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的水蒸氣會在瓶口附近遇冷液化，影響溫度計(jì)的讀數(shù)。玻璃蓋由于自身較重，杯中的水蒸氣遇其產(chǎn)生的水霧聚集在里面，會使其與燒杯口貼合較緊密，出現(xiàn)和紙蓋類似的問題。塑料蓋較輕，不宜固定，且碰到熱源后存在安全隱患。木蓋容易吸收濕氣，連續(xù)實(shí)驗(yàn)后也會出現(xiàn)上述問題。

2.6 傳統(tǒng)器材與新生代養(yǎng)生壺的比較

電熱養(yǎng)生壺與一般的電熱水壺的不同之處是，它的外殼是透明的塑料材質(zhì)或玻璃材質(zhì)，便于觀察水中的氣泡變化情況。采用電加熱的方式可以大大縮短水沸騰的時間。另外，加熱底座上有數(shù)字溫度顯示，便于較快的讀出溫度，縮短實(shí)驗(yàn)時間。缺點(diǎn)是顯示的沸點(diǎn)溫度都是100 ℃。如果直接用電熱養(yǎng)生壺?zé)M(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)代替學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，從而取代了學(xué)生在器材組裝使用、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論的實(shí)驗(yàn)探究過程，違背了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初衷。

3 研究結(jié)論

通過上面的初步比較，結(jié)合水的沸騰實(shí)驗(yàn)的具體要求，可得出：熱源選用傳統(tǒng)酒精燈較好，盛水的器皿選帶有蓋子的小燒杯較好。

4 使用建議

通過上面的初步比較，結(jié)合水的沸騰實(shí)驗(yàn)的具體要求，以及筆者在教學(xué)中的實(shí)際嘗試，對于水沸騰實(shí)驗(yàn)教學(xué)中器材的采用建議如下。

以課本中的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材為主，熱源選用傳統(tǒng)的酒精燈，燒杯選用小容積的燒杯，初始水溫控制在80 ℃左右(將燒開的水倒入熱水瓶中進(jìn)行保溫備用即可)，杯口選用干燥的木質(zhì)蓋子(在連續(xù)使用之前要進(jìn)行干燥處理)。如若是進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，可選用燒瓶和大溫度計(jì)。電熱養(yǎng)生壺的使用可以放在學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)以后進(jìn)行，在學(xué)生已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識了沸騰現(xiàn)象后，可以用現(xiàn)象更加明顯、直觀的器材將學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察不到位的地方(諸如氣泡、聲音等)進(jìn)行印象加深。