錐形螺旋狀銅絲罩對酒精燈火焰溫度影響的探究及啟示

張志輝

摘要：運用數字實驗技術探究錐形螺旋狀銅絲罩對酒精燈火焰溫度的影響，分析銅絲能熄滅酒精燈的原因，從而認識生產生活中銅絲為何能用于滅火防爆，體會數字實驗技術相比于傳統實驗的優勢。

關鍵詞：酒精燈；火焰溫度；銅絲罩；演示實驗；探究

文章編號：1005–6629（2014）6–0055–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

講到義務教育九年級《化學》第四章“燃燒和滅火”時，在課堂上演示了一個實驗（如圖1），將直徑1.2 mm左右的家用電線的普通銅絲繞成15～20圈、圈間隙約0.5 mm、高25～30 mm的錐形螺旋狀的罩。隨著銅絲罩的垂直下移，可觀察到酒精燈火焰越來越小，最終完全熄滅了。銅絲滅火了！銅絲能滅火？學生充滿了好奇和興奮。

對學生提問：為什么會有這樣的現象？

學生回答1：螺旋狀銅絲隔絕了氧氣，使酒精不能燃燒；

學生回答2：在加熱條件下銅絲與氧氣反應消耗了氧氣，沒有了助燃物氧氣，使酒精不能燃燒；

學生回答3：銅絲是金屬，具有良好的導熱性，將熱量散失，使溫度降到酒精的著火點以下……

到底是什么原因呢？學生進行了激烈的討論。

2 問題的解決

（1）向學生展示螺旋狀銅絲，學生隨即否定了回答1；

（2）將銅絲在酒精燈外焰上加熱1 min后冷卻，銅絲表面變黑，再次重復實驗，酒精燈依然熄滅，學生思考后否定了回答2；

（3）利用DIS數字實驗技術的溫度傳感器進行了如下實驗：

資料1：酒精燈的焰心為酒精蒸氣，本實驗所用酒精燈（如圖2）的焰心高度約為15 mm（從離燈芯計），筆者通過三次平行測定，離燈芯5～10 mm處溫度約為 500℃，這與錢揚義先生“酒精燈火焰溫度外焰最高嗎”文章中所測溫度基本相似[1]。

資料2：酒精的著火點是696 K（423℃），閃點是285 K（12℃）[2]；

酒精混合物閃點：80%酒精（19℃），60%酒精（22.75℃），40%酒精（26.25℃）；

本實驗所用酒精為普通燈用酒精（用95%工業酒精配制，酒精濃度約為80%）。

3 具體實驗步驟

（1）將酒精燈置于大燒杯中，以減少空氣流動對酒精燈火焰溫度的影響。

（2）將采集時間間隔設為1 s，按圖3所示，用溫度傳感器測出從外焰到離燈芯5～10 mm的焰心溫度，繪制為曲線1（如圖5所示）。

（3）將溫度傳感器固定在螺旋狀銅絲中間，將銅絲下壓，按圖4所示，重復上述步驟，繪制曲線2（如圖5所示）。

4 實驗數據及結論

根據圖像和資料，學生明顯發現：本實驗中錐形螺旋狀銅絲下壓，溫度明顯下降，說明銅絲具有良好的導熱性，能將熱量很快散失，使溫度降到酒精的著火點以下。

同時本實驗中銅絲經過處理（將直徑1.2 mm左右銅絲繞成15～20圈，圈間隙約0.5 mm，總高25～30 mm的錐形螺旋狀）對氣流流動也會產生影響：廢熱氣流受冷卻后不再快速上升，堵在火焰上方，使新鮮空氣難以補充上來。

綜上，多種因素共同作用，最終使酒精燈熄滅。

5 問題的啟示

（1）生產生活中散熱架、電腦CPU散熱器等都是利用銅絲良好的散熱性能而達到防火防爆的，引導學生多觀察生活，理論聯系生活，才能加深對知識的理解，如通過本實驗對滅火的原理有了更好的認識。

（2）科學實驗是與技術的進步密切相關的。有些問題受到傳統實驗條件的約束，無法解釋，借助DIS數字實驗技術，能使問題得到很好的解決，如本實驗中關于酒精燈火焰溫度變化的問題。

隨著DIS實驗技術的逐漸普及，在化學實驗教學中，引入數字實驗，不但可以提高實驗教學效果，還可以革新中學化學實驗的內容，拓展實驗方法，節省實驗時間。同時讓學生在“做科學”的探究實踐中解決學習中的問題，培養思維能力和實踐能力也是新課標“讓學生更多的機會主動地體驗科學探究的過程，在知識的形成、相互聯系和應用過程中養成科學的態度，學習科學的方法”的基本理念[3]。

參考文獻：

[1]錢揚義，陳國泉.酒精燈火焰溫度外焰最高嗎[J].化學教育，2006，（7）：52～54.

[2]人民教育出版社. http：//www.pep.com.cn/czhx/xshzx/ tbxxzy/xjsh9s/dqdy/xyshpin/201008/t20100826_745125.htm.

[3]中華人民共和國教育部制定.全日制義務教育化學課程標準（2011版）[S].北京：北京師范大學出版社，2011.