“觀察水的沸騰”實驗改進

河北省興隆縣三道河鄉中學 管余 林鳳宇

河北省興隆縣藍旗營鄉中學 李海艷

“觀察水的沸騰”實驗改進

河北省興隆縣三道河鄉中學 管余 林鳳宇

河北省興隆縣藍旗營鄉中學 李海艷

一、問題的提出

“觀察水的沸騰”實驗是初中物理教學的重點，利用該實驗可以說明水沸騰的規律。在現行的教材中，人教版和滬科版都是利用如圖1所示的裝置進行實驗的，而北師大版和滬粵版則只是在此基礎上將燒杯口上的蓋子去掉了。但利用上述裝置的弊端仍有很多：①所需器材多，組裝麻煩；②為了更好地觀察氣泡的變化過程，實驗時一般采用的是涼水，加之學生分組實驗的燒杯容量大，造成實驗時間過長；③沸騰前后現象不夠明顯：沸騰前后均未聽到響聲，在水沸騰后也未見大量氣泡冒出；④個別實驗現象與理論不符。

首先，針對燒杯口較大造成熱量散失較多的情況，人教版和滬科版在杯口蓋上紙蓋，但這導致杯內氣壓高于外界大氣壓，因此水的沸點升高；其次，在撤去酒精燈后，由于鐵圈和石棉網的余熱，水還要繼續沸騰一段時間，這與理論上的“停止加熱，沸騰停止”不符。

除了利用燒杯進行實驗外，在教科版物理教材中用粗試管代替燒杯進行實驗，如圖2所示。這雖然克服了部分弊端，但該裝置中依然存在鐵圈和石棉網，故還是沒有解決“停止加熱，沸騰停止”的問題。

我們利用化學實驗器材中的試管夾，對教科版實驗裝置稍作改進，就能觀察到水的沸騰規律，實驗操作簡單，現象明顯，教學的效度非常高。

二、實驗設計和驗證

器材選擇：酒精燈、溫度計、試管夾、長約18 cm直徑為1.7 cm的試管、火柴。

實驗方法：①用試管夾夾住試管，并向試管中倒入5 mL～10 mL的冷水；

②用酒精燈將水加熱至沸騰，如圖3所示，每隔30秒記錄一次水的溫度，并注意觀察實驗現象（注意小組合作：一人用試管夾夾著試管加熱，另一人拿著溫度計測量溫度，盡量將玻璃泡放置在水面以下2 mm～3 mm處）；

③作出水沸騰時溫度和時間關系的圖像，分析水沸騰時溫度隨時間變化的特點。

圖1

圖2

圖3

三、實驗改進后的優點

（1）實驗所需器材少，易于操作。

（2）加熱時間大大縮短，從開始加熱到沸騰只需3分鐘左右。

（3）實驗現象明顯：①仍可選用冷水，便于學生觀察試管壁和試管底氣泡的形成；②沸騰前后氣泡的體積變化明顯；③沸騰前后聲音的變化明顯：既可以聽到聲音的變化特征，又可以通過沸騰前后水的振動情況來感知聲音的變化規律。

（4）不需蓋蓋子，保證不同小組實驗環境客觀一致。

（5）解決了原實驗中現象與理論不符的問題：用試管進行加熱，撤去酒精燈后，試管中的水立刻停止沸騰。

四、實驗改進后的缺點

（1）加熱至沸騰的時間過短，不利于記錄水沸騰前的時間和溫度。

（2）水沸騰時過于劇烈，溫度計在水中難以穩定，讀數不方便。