晶體熔化實驗的改進

物理學是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗對理解和掌握物理概念和規律，對物理知識的鞏固和運用有著重要的作用。利用物理實驗，最大限度地調動學生自主學習的積極性和主動性，使學生學習物理的興趣由最初的好奇，發展為長期的樂學。

初中物理實驗“晶體的熔化與凝固”，是一個常常令許多教師頭痛的實驗。因為實驗的關鍵是要通過實驗現象，讓學生直觀地感受固態晶體吸收熱量，溫度逐漸升高，達到熔點時，雖然繼續吸熱，但溫度保持不變，直到完全熔化為液態，溫度才繼續升高。這樣，根據所記錄的實驗數據，可畫出晶體熔化圖像（如圖1），揭示出晶體熔化過程中吸熱，

但溫度不變的規律。學生由此在知識、能力、過程三方面完全達標。遺憾的是，實驗中很難做出圖1中的BC段，即溫度不變的過程，一般都做成圖2所示的過程：晶體與非晶體的熔化過程幾乎完全一樣。

之所以會出現上述狀況，筆者認為是沒有找到適用于學生實驗的合適的晶體材料。上世紀八十年代，一般用萘做此實驗：萘的熔點為80℃，用酒精燈隔水加熱使萘升溫。這個實驗的弊端為：一是北方較冷，升溫較慢，有時1節課過去了都熔化不了；二是萘蒸汽對人體有一定的毒害；三是萘粉的純度、萘的物理性質（萘是熱的不良導體）的影響，實驗中很難看到晶體熔化而溫度不變這個過程。到了上世紀九十年代以后，開始改用海波做此實驗，好的是海波熔點不高不低，是48℃，對人體也無不良影響，實驗較快，清洗也方便，可就是最關鍵處沒有優勢，與萘一樣，晶體熔化吸熱而溫度保持不變的過程不明顯。

鑒于以上原因，我開始思考改進此實驗。經過多年的教學實踐，最終采用冰來做這個實驗，敘述如下：

第一輪實驗嘗試，在學生燒杯中準備45℃的水，用來加熱裝冰的試管，結果24個實驗組，完全成功的只有3個組，比較成功的有9個組，成功率只有百分之五十。分析原因：一是從冰柜取冰，學生安裝實驗裝置，到學生開始計時讀數，所用時間較長，保溫措施不當，裝冰的試管暴露久了，自然升溫到0℃，冰開始熔化或將要熔化完畢，自然就沒有了固態冰從零下10℃左右吸熱升溫，達到0℃時繼續吸熱而溫度保持不變的過程。二是水溫偏高，冰的熔化較快導致熔化過程不明顯。注意到做得好的幾組，正是器材安裝準備較快，且燒杯的溫水較少，溫水放熱時，自身溫度下降明顯，熱源與受熱體溫差就小，熱傳遞較慢，實驗效果就明顯。

第二輪上此實驗課時，因為有了前面的經驗，從分析晶體和非晶體的熔化曲線入手，得出晶體有一定的熔點，非晶體沒有一定的熔點。學生主動參與，親身經歷探究過程，獲得知識和技能，體驗探究的樂趣。

一、 課前準備

1.較長時間冰柜不除霜，以保證實驗時有足夠的冰（霜）可取用。

2.提前4個小時以上，將Φ為2厘米～3厘米大的試管放入冰柜冷凍。

3.提前2小時以上，用冷凍過的試管采霜，注意手拿試管，直接用管口刮霜，一般需10克以上。采集完后，用大毛巾包好試管繼續冷凍。這樣做的好處是所采之冰為晶體小顆粒，便于實驗室時，順利插入溫度計。

4.實驗前，用大小合適的泡沫塑料盒將盛冰試管連同大毛巾一起裝入，密閉，做好保溫。

5.上課前準備好鐵架臺、木制試管夾，停鐘，溫度計和內盛300ml 30℃～40℃水的燒杯。

二、 課堂實驗

1.安裝實驗裝置：盛水燒杯直接放在鐵架臺底座上，溫度計懸掛于支架的高度應使溫度計液泡處于燒杯內水面下2cm左右位置。迅速分發帶冰試管，盡快將溫度計液泡插入試管中冰的中心位置。試管放入燒杯水中，管底距水面3cm左右，并用木制試管夾固定。

2.停鐘開始計時，讀報溫度計示數，記錄實驗數據，并繪制冰的熔化過程圖像，如圖3。

3.分析實驗現象，得出實驗結論。

三、 用冰做晶體熔化實驗的優點與局限性

用冰做晶體熔化實驗的優缺點并存。優點是干凈衛生、無毒無害無污染，無需加熱升溫，只需根據氣溫高低。適當調整燒杯中的水溫，即可在較短時間內完成。便于節約課堂時間以供交流、討論、擴展。最重要的是熔化很明顯，根據燒杯中水溫的不同，一般可在0℃維持2～6min的熔化過程（如圖3中BC段）。

缺點：一是準備過程較為繁雜，且要求較高。如要求學校（或附近）有冰柜，采霜較難，實驗安裝時動作要快等；二是晶體的凝固過程沒法做，也就不能根據實驗繪制晶體的凝固圖像。

(責任編輯 易志毅）