探究液體的沸點與大氣壓強的關系

秦婉

一、問題的提出

沸點與壓強這兩個物理概念，對于學習物理的學生來說一定不陌生，它們分別出現在人民教育出版社八年級物理的上下冊中。其中，在人教版八年級上冊第三章第3節汽化和液化這部分知識中，學生認識到了沸點，即各液體沸騰時都有確定的溫度，我們稱之為沸點。而大氣壓強的學習始于八年級下冊第九章第3節。那么，液體的沸點與大氣壓強由怎樣的關系呢？在課本第3節的最后，編者以一張高原邊防哨所戰士用壓力鍋煮面條的圖片以及簡潔文字語言，直接告知學生同一液體的沸點在不同氣壓下的溫度值。那么對于剛接觸物理的學生而言，很抽象，完全是當做一種結論或者概念死記硬背下來的。然而這種硬記下來的知識，部分同學會遺忘，部分同學會出現記憶混淆，難以擲地有聲的說出沸點隨壓強的增大而增大的關系。

二、實驗

針對以上的問題，同時也是為了提高教學效果，很多老師也設計了一些實驗。例如，借用在八年級上冊物理教材開篇“有趣有用的物理”中第一個演示實驗就是“澆涼水法”演示液體沸點與壓強的關系。這是一種較為簡單、方便的方法。此法就是用涼水澆在裝有接近100℃水并用瓶塞密封的燒瓶外表，使之立即降溫而導致瓶內氣壓下降，從而使瓶內的水沸騰。這種方法，我們在實驗室也親自操作過。我們將盛有約占2/3體積的水的燒瓶放在墊有石棉網的鐵架臺上，下面用酒精燈加熱。待水沸騰之后，將燒瓶離火，我們看到水會停止沸騰，迅速塞上瓶塞，用坩堝鉗夾住燒瓶的瓶頸處，然后將 燒瓶倒置在實驗室水槽上方，迅速打開水龍頭，讓涼水從燒瓶上面澆下，我們看到原來已經停止沸騰的水又從新開始沸騰了。這種方法已為被很多老師所熟知。此法雖簡單易行，但是也存在一些問題，實驗時必須用剛停止沸騰的開水，因而課堂上必須使用爐具即時加熱，這一過程要注意操作安全；加熱的過程需要一段時間，在物理課時如此緊張的條件下，這也成了一個必要考慮的因素；同時，操作過程要迅速，以免散熱太快，實驗現象不明顯。

通過降低燒瓶本身的溫度可以減小瓶內的壓強，我們也可以直接減小瓶內的壓強，來觀察沸點與壓強的關系。在實驗室中，我們在上一個實驗的基礎上，將燒瓶中沸騰的水迅速倒入廣口瓶中，塞緊帶有溫度計和玻璃小管的橡膠塞，將玻璃管通過橡膠軟管與微型臺式真空泵相連接，開始對瓶內抽真空。理論上講，瓶內的壓強降低，那么我們是可以看到水再次沸騰的實驗現象的。但是很遺憾，我們接連做了好幾次實驗，均沒有看到理論上該有的實驗現象。

對實驗結果進行分析，我認為實驗沒有產生預期的結果主要有這樣幾方面的原因：在實驗中，需要將燒瓶中沸騰的水倒入廣口瓶中，然后才可以抽對其抽氣，在這一過程中，水的熱量散失很快；其次，廣口瓶，以及廣口瓶與微型臺式真空泵接觸的底座的溫度都遠低于瓶內的水的溫度，這種溫差導致兩者之間發生熱傳遞，即是迅速的抽氣，但是還是趕不上熱量散失的速度，同時從瓶塞上的溫度計上我們也可以看到水溫下降的很快，這就導致即是抽氣降低了瓶內的壓強，但是水還是沒有沸騰的現象產生；第三，也有可能是微型臺式真空泵的真空度太低，或者橡膠軟管與玻璃管的連接不太好，氣密性差，這些都導致實驗達不到預期的現象。

三、改進

我們可以如下的改進：用附圖所示的裝置，以人工吹氣作演示效果較好，如能由學生分組觀察實驗，則效果也很好。其優點是：①不用抽氣機，而是用嘴含著橡皮管吸氣或吹氣，可以增加學生的實際感受與趣味性：②效果明顯并可由溫度計看到具體的度數，如吸氣時，雖離火而已經停止沸騰的水卻可再沸騰一段時間，溫度降到100℃以下時仍可再沸騰。反之，水在燈焰上正急劇沸騰，大汽泡很多的情況下，用力向試管內一吹氣，大汽泡立刻顯著減少或暫時停止沸騰。如繼續再加熱并繼續吹氣，最后可見再次沸騰時沸點會高于100℃。一松口放氣則沸點又恢復100℃；○3可將試管直接放在酒精燈上加熱，且水也只用很短的時間便可沸騰；④試管內汽泡變化情況清晰。在該實驗中要注意這樣幾點：①裝水的試管底部要放少量粗砂粒以防崩沸。②中間加一空試管以防熱水吸入口內。○3各個連接口注意保持氣密性。這種改進主要是從實驗取材方面考慮的，如果實驗條件允許，那么完全可以用一些更加先進的實驗儀器來進行實驗，例如沸點與壓強的高精度的分析儀，或者用壓強溫度的傳感器等。

四、總結與反思

創新才能不斷發展，要不斷思考不斷創新。方向和目標是貫穿整個實驗的核心，只有明確方向，圍繞這個方向努力下去，才可能有結果。創新點可以從很多方面確定，不一定是很高深很前沿的東西。確立了創新點之后就要開始整個實驗了，可以先熟悉幾次實驗過程，再一步步認真研究。此時，一定要注意積累經驗，能夠提出大膽的猜測，并為之付出實踐。用發散思維多方位的考慮，作出大膽的猜測，但要始終圍繞創新點，不能偏離主題，也不能隨意猜測，而要有根據有目的地做出假想，再一步步實踐去驗證自己的猜測。其實，每一個偉大的成就都是這樣“平凡”地一步步得出來的。