用實(shí)驗(yàn)對(duì)比法驗(yàn)證熱力環(huán)流

胡艷麗 宋建潮

湖北省水果湖高級(jí)中學(xué)(430071)

熱力環(huán)流實(shí)驗(yàn)是高中地理課本中的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，旨在通過(guò)觀察煙霧在放有熱水和冰塊的玻璃缸內(nèi)的飄動(dòng)情況，得出熱力環(huán)流的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。但該實(shí)驗(yàn)只是將點(diǎn)燃的蚊香放入裝有冰塊的玻璃缸上方，這并不足以驗(yàn)證熱力環(huán)流的原理，為了更充分地證明地面冷熱不均會(huì)引起熱力環(huán)流，本實(shí)驗(yàn)用幾組實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法來(lái)驗(yàn)證熱力環(huán)流的形成。

1 學(xué)生準(zhǔn)備

將全班同學(xué)按照實(shí)驗(yàn)方法不同分成A、B、C 3個(gè)合作學(xué)習(xí)小組，每個(gè)小組完成1個(gè)實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)器材

每組實(shí)驗(yàn)器材如圖1所示，帶有燈蓋的長(zhǎng)方形透明玻璃缸(長(zhǎng)35 mm,寬24 mm，高32 mm)1個(gè)、1碗覆蓋保鮮膜的熱水、1碗冰塊、3張黑色硬紙板、1卷保鮮膜、1塊肥皂、1個(gè)打火機(jī)、1束香等。

3 實(shí)驗(yàn)操作

將玻璃缸放在采光不是很好的室內(nèi)桌上，玻璃缸內(nèi)壁的背面及兩側(cè)粘貼黑色硬紙板，玻璃缸內(nèi)壁正面涂滿(mǎn)肥皂水避免水汽凝結(jié)沾附，用保鮮膜將玻璃缸上方開(kāi)口處蓋嚴(yán)防止煙霧流出，并用帶有燈管的缸蓋蓋在保鮮膜的上方便于觀察現(xiàn)象。最后關(guān)掉室內(nèi)電燈。

A組實(shí)驗(yàn)：①把點(diǎn)燃的蚊香插入玻璃缸內(nèi)的一側(cè)，觀察煙霧的運(yùn)動(dòng)；②觀察結(jié)束，將玻璃缸內(nèi)煙霧放空。

B組實(shí)驗(yàn)：①在玻璃缸內(nèi)兩側(cè)分別放置1碗熱水和1碗冰塊；②將點(diǎn)燃的蚊香緩慢插入熱水的上方，觀察蚊香煙霧的運(yùn)動(dòng)；③觀察結(jié)束，將玻璃缸內(nèi)煙霧放空。

C組實(shí)驗(yàn)：①在玻璃缸內(nèi)兩側(cè)分別放置1碗熱水和1碗冰塊；②將點(diǎn)燃的蚊香緩慢插入冰塊的上方，觀察蚊香煙霧的運(yùn)動(dòng)；③觀察結(jié)束，將玻璃缸內(nèi)煙霧放空。

A、B、C 3組實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

(1)A組實(shí)驗(yàn):蚊香煙霧慢慢騰起，上升，在玻璃缸內(nèi)上方越聚越多，越來(lái)越濃，最后從上到下充滿(mǎn)整個(gè)玻璃缸。

(2)B組實(shí)驗(yàn)：蚊香煙霧慢慢騰起，上升，在放置有熱水的玻璃缸上方慢慢流動(dòng)到放置有冰塊的玻璃缸上方，然后在置有冰塊的上方下沉到底部，接著在玻璃缸底部圍繞冰塊短暫聚攏后，然后往熱水的位置流動(dòng)，最后在玻璃缸背面黑色紙板的映襯下，明顯看出一個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的煙霧流動(dòng)圈。

(3)C組實(shí)驗(yàn)：蚊香煙霧在置有冰塊的玻璃缸上方短暫聚集，然后下沉到底部，由裝有冰塊的碗流動(dòng)到裝有熱水的碗，又在裝有熱水的碗處騰起，上升，然后煙霧在玻璃缸上方慢慢流動(dòng)到冰塊的上方，接著下沉，最后在玻璃缸背面黑色紙板的映襯下，也明顯看出一個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的煙霧流動(dòng)圈。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

(1)A組實(shí)驗(yàn):模擬地表受熱均勻，不會(huì)形成熱力環(huán)流現(xiàn)象。

(2)B組、C組實(shí)驗(yàn)：模擬地表受熱不均，受熱多的地方空氣會(huì)膨脹上升，使上空的空氣密度增大，形成高氣壓區(qū)，近地面的空氣密度減小，形成低氣壓區(qū)。受熱少的地方空氣會(huì)收縮下沉，上空的空氣密度減小，形成低氣壓區(qū)，近地面的空氣密度增大，形成高氣壓區(qū)。在上空，空氣從高氣壓區(qū)流向低氣壓區(qū)，在近地面，空氣也從高氣壓區(qū)流向低氣壓區(qū)，以補(bǔ)充因受熱上升的空氣。

(3)地表冷熱不均是大氣運(yùn)動(dòng)的根本原因。

(4)熱力環(huán)流的形成原理：近地面空氣受熱不均→空氣的上升或下沉運(yùn)動(dòng)→同一水平面的氣壓差異→大氣的水平運(yùn)動(dòng)(風(fēng))→熱力環(huán)流。