蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

湖北省赤壁市余家橋?qū)W校 石凱

湖北省赤壁市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 孫丹鳳 馮金玉

蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)是初中生接觸的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一，本文通過五個方面的探究對蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，使實(shí)驗(yàn)操作更簡便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、實(shí)驗(yàn)過程更科學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

探究一：如何使一根燃燒的蠟燭熄滅？

當(dāng)教師拿出一根燃燒的蠟燭（如圖1）提問如何使其熄滅時，很多同學(xué)能想到吹滅、扇滅等辦法。教師又問，如果將蠟燭放進(jìn)玻璃杯里，對著杯子底部吹氣（如圖2），蠟燭會不會熄滅？

圖1 教師準(zhǔn)備一根燃燒的蠟燭

圖2 對著杯子底部吹氣，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

這時，同學(xué)們議論了起來。教師請一位同學(xué)上臺嘗試，結(jié)果，蠟燭竟然被吹滅了。大家感到十分好奇：在沒有對著燭火吹氣的情況下，蠟燭為什么會熄滅？

這是因?yàn)椋瑢χ拥撞看禋?，氣流會貼著玻璃杯外壁向前運(yùn)動，而玻璃杯內(nèi)部的氣體沒有流動，這時玻璃杯內(nèi)外形成壓強(qiáng)差。根據(jù)流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，玻璃杯內(nèi)的壓強(qiáng)大于玻璃瓶外部的壓強(qiáng)，導(dǎo)致空氣向外運(yùn)動，促使蠟燭熄滅。

該實(shí)驗(yàn)不僅激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，還讓學(xué)生們掌握了新知識。

探究二：如何使蓋滅蠟燭所產(chǎn)生的白煙復(fù)燃？

蠟燭燃燒是石蠟受熱后由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，再蒸發(fā)成石蠟蒸氣的過程。在蠟燭熄滅的一瞬間，石蠟蒸氣會變成一縷白煙，如果這時將一根燃燒的火柴靠近白煙，熱量會聚集并向下傳遞，一直抵達(dá)燭芯，使蠟燭復(fù)燃。

然而，同學(xué)們在實(shí)際操作“復(fù)燃實(shí)驗(yàn)”時常常失敗。原因之一就是直接吹滅蠟燭會導(dǎo)致白煙擴(kuò)散，熱量難以集中。因此，我們應(yīng)該改變熄滅蠟燭和點(diǎn)燃白煙的方式，從而減少白煙擴(kuò)散。

1.選用不易燃燒的石棉網(wǎng)蓋滅蠟燭，待蠟燭完全熄滅后，緩慢移開石棉網(wǎng)，此時白煙聚集在一起，點(diǎn)燃白煙能順利使蠟燭復(fù)燃（如圖3）。

圖3 移開石棉網(wǎng)，白煙能夠被點(diǎn)燃

2.因錫紙的導(dǎo)熱效果好，且不易燃燒，我們可以將錫紙卷成一根小導(dǎo)管（直徑大約為5 mm）。在蠟燭熄滅時，用小導(dǎo)管的一端對準(zhǔn)燭芯，將白煙引向小導(dǎo)管的另一端，在該端點(diǎn)燃白煙，這樣熱量就能通過導(dǎo)管傳回燭芯，使蠟燭復(fù)燃（如圖4）。

圖4 在小導(dǎo)管一端點(diǎn)燃白煙

通過多次驗(yàn)證，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法使蠟燭復(fù)燃的成功率要比直接吹滅蠟燭的方法高。

探究三：使蠟燭復(fù)燃的白煙到底是由什么產(chǎn)生的？

我們把蠟燭的石蠟部分剝除，取出棉芯，進(jìn)行了如下探究實(shí)驗(yàn)：

1.將石蠟熔化后的液體倒入試管，在試管中間插入銅絲制成“銅芯蠟燭”，待石蠟液體凝固后用火點(diǎn)燃“銅芯蠟燭”（如圖5）。吹滅蠟燭后產(chǎn)生了白煙，點(diǎn)燃白煙能使“銅芯蠟燭”復(fù)燃。

2.將石蠟熔化后的液體倒入試管內(nèi)，制成“試管蠟燭”，待石蠟液體凝固后用火點(diǎn)燃“試管蠟燭”。此時，沒有任何燭芯的“試管蠟燭”也能成功被點(diǎn)燃（如圖6），且吹滅后產(chǎn)生的白煙也能使“試管蠟燭”復(fù)燃。

圖5 點(diǎn)燃“銅芯蠟燭”

圖6 點(diǎn)燃“試管蠟燭”

通過實(shí)驗(yàn)可以得出，蠟燭熄滅后產(chǎn)生的白煙為石蠟燃燒后的物質(zhì)。

探究四：蠟燭燃燒過程中產(chǎn)生的白煙、黑煙是什么？

當(dāng)我們用石棉網(wǎng)貼近蠟燭的焰心時，看到有白煙飄出（如圖7），用白紙靠近白煙，白紙幾乎沒有變化。而當(dāng)我們稍微抬高石棉網(wǎng)時，看到有黑煙飄出（如圖8），再用白紙靠近黑煙，黑煙能使白紙變黑。蠟燭燃燒的過程中黑煙和白煙是如何產(chǎn)生的？

圖7 用石棉網(wǎng)貼近焰心，有白煙飄出

圖8 抬高石棉網(wǎng)，有黑煙飄出

蠟燭燃燒后放出的熱量會使石蠟熔化再汽化成石蠟蒸氣，且集中在焰心部位，所以當(dāng)我們將石棉網(wǎng)靠近焰心時，看到的是白煙，此時的白煙是石蠟蒸氣。用白紙靠近白煙時，白紙無變化。

而我們稍微抬高石棉網(wǎng)時，石蠟蒸氣在空氣中燃燒，當(dāng)周圍氧氣不足時，石蠟蒸氣燃燒不充分，便會產(chǎn)生黑煙，黑煙使得白紙變黑。此時的黑煙是沒有完全燃燒的碳顆粒，所以呈現(xiàn)黑色。

該實(shí)驗(yàn)借助不易燃的石棉網(wǎng)和白紙讓同學(xué)們清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而得出蠟燭燃燒的實(shí)質(zhì)就是石蠟蒸氣在燃燒。

探究五：蠟燭火焰溫度的高低

我們都知道，蠟燭火焰分為外焰、內(nèi)焰、焰心三層（如圖9）。

圖9 蠟燭的三層火焰

在人教版九年級化學(xué)上冊第一單元課題2中，有一個探究蠟燭火焰溫度的實(shí)驗(yàn)：拿住火柴的一端迅速平放入火焰，1～2秒后取出，觀察火柴被燒的情況，探究火焰哪層溫度最低，哪層溫度最高。

由于實(shí)驗(yàn)時間不好把握，容易導(dǎo)致火柴全部燒黑，且手持火柴有一定危險，無法較好地判斷內(nèi)焰、外焰、焰心的溫度差異。因此，我們對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

點(diǎn)燃酒精燈，用一張鐵絲網(wǎng)貼近焰心，因鐵絲網(wǎng)易導(dǎo)熱，不一會兒就可以看到鐵絲網(wǎng)上出現(xiàn)了一個紅圈（如圖10）。由此，我們可以推斷出蠟燭的外焰溫度要高于內(nèi)焰和焰心的溫度。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀，學(xué)生更容易理解，安全性高。

圖10 將鐵絲網(wǎng)貼近焰心，出現(xiàn)了一個紅圈

通過以上五個實(shí)驗(yàn)，我們讓學(xué)生在“動手”又“動腦”中認(rèn)識到了蠟燭燃燒的本質(zhì)，這種教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生的探究欲，拓寬了學(xué)生的視野，提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。