自制物態(tài)變化實(shí)驗(yàn)演示儀＊

吳龍忠

（連云港市海濱中學(xué)，江蘇 連云港 222042）

物態(tài)變化知識點(diǎn)是初中物理教學(xué)的重點(diǎn).但是，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中缺少能瞬間提供低溫的演示物態(tài)變化的實(shí)驗(yàn)儀器，教師在教學(xué)中不能提供直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)又少，難以理解物態(tài)變化的定義及物態(tài)變化過程中伴隨著吸熱或放熱.因此，物態(tài)變化知識點(diǎn)又是教學(xué)的難點(diǎn).為了在教學(xué)中更好地突出這個重點(diǎn)、突破這個難點(diǎn)，選購制冷配件自制“物態(tài)變化實(shí)驗(yàn)演示儀”，利用一種環(huán)保型新材料——氟利昂R134a的節(jié)流膨脹演示物態(tài)變化實(shí)驗(yàn).可以快速演示，現(xiàn)象非常直觀、讓學(xué)生感到驚奇.

1 制作器材

長約1500mm，外直徑6mm的銅管1段；長約500mm，外直徑為1.6mm的毛細(xì)管1段；長約50mm，外直徑為6mm的直銅管1段；6mm的銅對接頭1個；6mm的對接頭銅納子1個；氟利昂加液管1根；罐裝氟利昂R134a1罐；開瓶閥1個.以上器材在制冷配件商店均可以買到.

2 制作方法

（1）將長約1500mm，外直徑約為6mm的銅管在空啤酒瓶或堅(jiān)固的空易拉罐上緊密繞制1個大約10匝的螺線管A.

（2）用同樣的方法將長約500mm，外直徑為1.6mm的毛細(xì)管繞制1個大約3匝的螺線管B.

（3）將螺線管B的一端插入螺線管A的一管口中，插入深度約10mm，并用磷銅焊條將它們焊接起來.螺線管B的另一端插入長約50mm、外直徑為6mm的直銅管的一端管口中，插入深度大約10mm，再用磷銅焊條將它們焊接起來.

（4）將6mm的對接頭銅鈉子套在直銅管上，然后將直銅管的另一端用擴(kuò)口器擴(kuò)一喇叭口.

（5）用銅鈉子將對接頭固定在“喇叭口”上.至此，“物態(tài)變化實(shí)驗(yàn)演示儀”制作完畢.

圖1

3 使用方法

將開瓶閥安裝在裝有氟利昂R134a的金屬罐上，用氟利昂加液管把“物態(tài)變化實(shí)驗(yàn)演示儀”與開瓶閥連接起來，并用加液管兩端的銅螺帽固定好（如圖1所示）.

演示時將金屬罐倒置，打開開瓶閥的旋鈕，有液態(tài)氟利昂流入“物態(tài)變化實(shí)驗(yàn)演示儀”，氟利昂在流經(jīng)螺線管B時，由于螺線管B是由毛細(xì)管繞制而成，內(nèi)徑很小，內(nèi)部壓強(qiáng)大，所以氟利昂保持液態(tài)，當(dāng)氟利昂流入螺線管A的瞬間，銅管的內(nèi)徑突然增大，壓強(qiáng)驟然減小，氟利昂發(fā)生節(jié)流膨脹，由液態(tài)汽化為氣態(tài)，在汽化過程中要吸收大量的熱量，所以螺線管A的起始端溫度急劇下降.此時，空氣中的水蒸氣在演示儀的螺線管A的起始端液化成水珠；繼續(xù)釋放氟利昂，螺線管A的溫度繼續(xù)下降，出現(xiàn)的小水珠凝固成冰；將開瓶閥的旋鈕開啟得更大一些，更快地釋放氟利昂，螺線管A的溫度下降得更快，空氣中水蒸氣凝華成霜附著在A管外壁上；繼續(xù)釋放氟利昂，A管外壁上的霜越來越多，直至螺線管A的外壁布滿了厚厚的一層霜.關(guān)閉閥門、停止釋放氟利昂，對制冷儀進(jìn)行空氣浴加熱，過一段時間，發(fā)現(xiàn)A管管壁上的霜在空氣中受熱逐漸熔化、有水珠出現(xiàn)；若再用電吹風(fēng)對水珠吹熱風(fēng)，可見A管壁上的水珠很快蒸發(fā)完畢.

在水蒸氣液化與凝華過程中，以及水的凝固過程中，如果用手觸摸演示儀的螺線管A會感覺很涼，溫度明顯低于環(huán)境溫度，說明水蒸氣的液化及凝華過程以及水的凝固過程在A管上釋放熱量.

實(shí)驗(yàn)時若從演示儀的螺線管A上刮一部分霜放在掌心，在霜熔化過程會感覺到?jīng)觯f明熔化過程要吸收熱量；用電吹風(fēng)對A管上的水珠吹熱風(fēng)發(fā)現(xiàn)水珠很快消失，說明汽化也要吸熱.

以上實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷的時間短且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常直觀，令學(xué)生感到驚奇，有助于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和創(chuàng)新意識，提高了課堂效率，開闊了學(xué)生的視野，為學(xué)生提供了豐富的感性認(rèn)識，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的習(xí)慣.輕松突破這個教學(xué)難點(diǎn).

4 注意事項(xiàng)

（1）實(shí)驗(yàn)操作過程中，必須將氟利昂加液管和演示儀、氟利昂罐連接緊密，不能漏氣，防止液態(tài)氟利昂接觸到人體、凍傷人體.

（2）演示儀的出氣端不要對著人體.