“探究水的沸騰”實驗

“探究水的沸騰”實驗是蘇科版八年級上冊《物態變化》教學中的重要內容。水的沸騰是日常生活中最常見但又是學生不容易直接觀察到的現象，學生會講出沸騰的很多現象，但不能描述地很全面，其發生的全過程學生不是很清楚，所以在課堂上做好水的沸騰實驗就很重要。該實驗過去總認為無技術性難度，只要按照教材所示的裝置進行即可，即結果往往難以得以正確結論，有些教師只好用水不純凈、氣壓不標準、溫度計有誤差等理由來搪塞學生，有關沸騰的現象及結論，幾乎是灌輸給學生，強迫學生記憶、背誦。但新課程理念要求學生通過觀察物理現象，經歷物理過程，學習物理知識，并要求學生會用圖示的方法和用文字描述沸騰的特征；要求教師通過指導學生實驗，將物理探究的基本方法和要求潛移默化地傳授給學生。

考慮到學校器材嚴重不足，學生素質偏低，動手能力較差，實驗安全等因素，在本?！疤骄克姆序v”實驗改為教師演示實驗。筆者走上物理教學講臺僅三年，經歷三次“探究水的沸騰實驗”教學。在前兩次的教學中，筆者對照教材、教參按部就班地進行實驗，基本沒出問題。對于教學中出現的沸騰現象不是很明顯的問題，解釋為酒精燈不好；水沸騰時溫度略有上升，解釋為氣壓不標準，甚至為了符合實驗結論，由教師代為讀數等等一系列問題，筆者都未深究，只把實驗結論告訴學生，記住即可。但在今年的教學中，水加熱到97℃仍沒有氣泡出現，教學完全失敗，才感到問題的嚴重，才引起筆者的思考。水的沸騰實驗雖然簡單，但實驗前疏于考慮，實驗中重視不足，導致實驗的失敗率很高。

對于導致實驗失敗的原因，筆者反復思考，主要有以下幾方面：水的種類、酒精燈的火焰、溫度計的放置，還有石棉網的使用、燒杯的大小。以下是筆者對實驗做的幾點嘗試及改進。

1.盛水容器的選擇和所放水量的多少

(1)在實驗中若用大燒杯盛水做實驗，加熱時間太久，且不易觀察到氣泡變大的現象；而用大試管盛水做實驗，雖然水沸騰快，氣泡變化明顯，但也有不足。筆者用規格為大試管盛水做實驗，發現有四點不足：一是測得水的沸點為高于100℃，與常壓下水的沸點相差較大，學生難以接受，給解釋又會帶來麻煩。二是有邊沸騰邊升溫的現象，與“沸騰過程溫度不變”結論相左。筆者觀察到，當水溫升到95℃時開始有氣泡上升變大，98℃氣泡較多，100℃有大量氣泡上升變大，顯然此時水已沸騰，但水溫繼續升高，直達104℃為止。解釋這種現象頗費口舌，學生也未必能懂，應盡可能避免。三是試管中水比較少，受熱快，水在很短時間內就會沸騰，雖然沸騰時的氣泡變化很明顯，但沸騰前的現象經歷時間太短，學生來不及觀察。筆者觀察到，用大試管盛水做實驗，三分鐘左右水就完全沸騰，能看到沸騰前的現象僅僅5秒鐘左右，時間太短，現象不明顯。四是欠安全。由于試管散熱慢，當加熱時間稍長，水中空氣排盡時，容易發生“暴沸”。輕則濺濕酒精燈，重則傷人。筆者在進行試驗時，即發生類似情況，對學生顯然不太安全。

（2）實驗中所放水量不宜太多，太多也會造成加熱時間過長，課堂教學時間受到影響，在課堂預定的時間內難以完成教學任務；太少的話，看不清氣泡的變化。

改進：采用100ml小燒杯盛60ml-80ml水做實驗，為了節省加熱的時間，所用的水可以用未沸騰過的溫水，10min內可使水沸騰，且能清晰地觀察到氣泡上升變大的現象，又不會出現上述不足，是最為理想的選擇。

2.水的選擇

(1)選用沸騰過的溫水，筆者觀察到水加熱到90℃時，仍未見氣泡；加熱到93℃時燒杯接觸鐵架臺的底部周圍有很少的氣泡出現；當水溫升高到98℃時，氣泡稍多，仔細觀察可以看到氣泡由大到小變化，現象不明顯；加熱到100℃時，很少氣泡由小到大變化，接觸鐵架臺的燒杯底稍有沸騰現象；拿掉石棉網，水的沸騰現象比較明顯。

（2）選用未沸騰過的溫水，筆者觀察到水加熱40℃，燒杯底即有少量小氣泡產生；加熱到90℃大量氣泡由大到小連續上升，隨著溫度不斷上升，沸騰前的現象越來越明顯；加熱到100℃時，水沸騰。

大家都知道空氣在水中含量在0.2%左右，隨水溫升高，空氣在水中含量逐漸減少。沸騰過的水，里面的氣體已經溢出，所以氣泡很少，到100℃（標壓下）水的沸騰現象不明顯，它的沸點會超過100℃！

3.溫度計的選擇和放置

（1）筆者發現，把實驗室現有的溫度計放在一起，讀數差異較大，故在實驗前，挑選好讀數差異較小的溫度計給實驗用，這樣可以避免很多不必要的口舌，也可避免有可能是溫度計的問題造成讀出的沸點大于100℃的情況，給解釋問題帶來麻煩。

（2）溫度計玻璃泡浸入水中的深度對測量結果有重要影響。水沸騰時，把溫度計的玻璃泡放在水的中下層測得的溫度，比放在水的上層測得的溫度要高。人們在實驗中很少注意這個問題，總是在先前經驗和教材插圖的影響下，習慣性地將溫度計的玻璃泡放在水的中層或中下層。這樣測得水在常壓下的沸點總是高于100℃，且由于各實驗小組的溫度計玻璃泡浸入深度不完全相同，又導致各小組間的測量結果不一致。

改進：筆者認為，只有將溫度計的玻璃泡剛好浸沒于水面下時測得的溫度，才能表征水在當時氣壓下的沸點。筆者用此方法，在不加蓋紙板的情況下，測得水的沸點為98℃，基本符合當地、當時氣壓下水的沸點。

4.酒精燈的使用

在實驗前教師應對酒精燈的燈芯做適當的調整。燈芯的外露部分太長則浪費酒精，造成能源的浪費；外露部分太短則會造成加熱時間的延長，從而影響實驗進程和課堂教學的組織。

改進：要減少加熱時間，關鍵是加大酒精燈的火力。加大火力的措施有：燈芯要粗；燈芯露出部分要長；酒精的純度要高，要將長期放置的酒精倒掉，擰干燈芯后再加入新鮮酒精。

5.杯蓋及石棉網的使用

（1）在燒杯上加蓋紙板，其優點是減少加熱時間，其缺點是增大了燒杯中的氣壓，使水的沸點較常壓時高2—3℃，且有邊沸騰邊升溫的現象。若不蓋紙板，則加熱時間太長，且在水沸騰時，由于大量蒸氣在溫度計的玻璃棒上液化放熱，使讀數較正常值高1—2℃。另外，水在高溫時的汽化熱較大和酒精燈提供的熱量有限，很可能會造成幾個氣泡冒過以后，水中又恢復平靜，如果這樣，則必然造成實驗現象不明顯，也必然影響實驗效果和學生對新知識的學習。筆者的做法是：在燒杯上加蓋紙片，當水溫升至95℃時，將紙片上移，既不封住杯口，又阻擋蒸氣在玻璃棒上液化，效果很好。所以，實驗中使用杯蓋較為合適。

改進：杯蓋上要打上適當的導氣孔，以防杯內氣壓高于外界氣壓而導致沸點偏高。

（2）在這個實驗中，有的教師為了節省時間而直接對燒杯加熱，筆者覺得不可取。原因有兩點：一是直接違反了儀器的操作規則，不利于培養學生正確的、嚴謹的科學實驗態度；二是如果燒杯外壁粘有水，開始加熱時燒杯受熱不均勻，可能會導致燒杯破裂，從而造成混亂局面，甚至引起事故。所以筆者覺得石棉網不可少。但由于石棉網網面凹凸不平，與杯底部接觸面積不大，熱傳導和熱輻射效果不佳，且石棉網吸收熱量，不僅給燒杯底部傳導和輻射熱能，同時也向外界輻射而造成熱能的損失，當燒杯及燒杯中的水吸收的熱量與向外界散發的熱量接近相等時，此時水的溫度上升緩慢，甚至停止上升。

改進：筆者建議當水的溫度較高時，為了加快水的沸騰，可以拿掉石棉網一段時間，直接對燒杯加熱。

物理學是一門以實驗為基礎的學科，實驗可以得出物理知識和規律，但實驗有時現象不明顯，有時出現一些不符合要得出的結論，這就要求實驗教學時應注意方法，抱著實事求是的態度，分析原因，找到改進的方法，指導學生進行科學探究。上述“探究水的沸騰”實驗分析及改進如有不足之處，敬請各位同仁指正。

參考文獻：

[1]劉炳升.切實加強物理實驗，重視學生的實踐活動.

[2]吳龍忠.在水的沸騰實驗的改進.中學物理，2003，(10).

[3]高華.對“觀察水的沸騰”實驗裝置的討論與改進，物理教學，2003，（9）.