初中物理實驗的改進

黃振克　陳澤寧

摘要：在初中物理教研活動的過程中，逐步發現物理教科書有些實驗是需要改進才能適應當前教學的需要。本文以區分水蒸氣與小水珠實驗和水沸騰實驗這兩個實驗為例來談談實驗改進的做法以及所達到的效果。

關鍵詞：初中；物理實驗；改進

初中物理實驗在教學中占有重要的地位，實驗的成功與否決定著課堂教學質量的高低。

筆者在參與初中物理教研活動的過程中，逐步發現物理教科書有些實驗是需要改進才能適應當前教學的需要。下面談談對課本兩個實驗的改進。

1區分水蒸氣與小水珠實驗

在人教版八年級上冊第三章《物態變化》的教學中，學生對水蒸氣與小水珠很難區分，如增加如下的探究實驗，就能抓住它們的特征，容易區分開來，下面談談這個實驗的做法：

1.1實驗設計：

大量的水蒸氣在空氣中液化時，常呈現一團“白氣”狀，“白氣”常被學生誤為水蒸氣。通過實驗使沸騰的水變為水蒸氣在空氣中受冷，降低溫度，便可以液化，形成“白氣”。再通過比較“白氣”和水蒸氣的顏色、形態、發生部位的不同，就可以知道“白氣”不是水蒸氣，而是水蒸氣液化成的小水滴飄浮在空氣中。如果提高“白氣”處的溫度，“白氣”便不再發生，由此知道“白氣”是水蒸氣在“降低溫度”的條件下液化成的。

1.2實驗器材：

平底燒瓶、鐵架臺、鐵環、燒瓶夾、酒精燈、石棉網、單孔膠塞、彎成直角的玻璃噴管、方木塊、火柴。

1.3實驗步驟：

（1）在燒瓶內盛少半瓶水，用插有直角玻璃噴管的膠塞塞緊瓶口，把燒瓶固定在鐵架臺上，用酒精燈加熱。水沸騰后。可見從噴管的尖嘴噴出“白氣”。

（2）仔細觀察“白氣”發生的部位，可以發現“白氣”不是緊靠噴口，而是在噴口外大約1.2cm處。在緊靠噴口部位、噴管內、燒瓶內都沒有“白氣”，這些部位都是無色、透明的。由此可知“白氣”不可能是水蒸氣，只能是由噴出來的水蒸氣變成的（圖1）。

（3）用酒精燈火焰加熱“白氣”，“白氣”頓時消失（圖2）；撤掉酒精燈，“白氣”又重新發生。可見“白氣”是水蒸氣在空氣中溫度降低時液化成的。

1.4實驗結論：

（1）“白氣”看得見，而“水蒸氣”看不到。

（2）“白氣”是水蒸氣遇冷液化成的小水珠，是液體，而“水蒸氣”是氣體。

2水沸騰實驗

2.1水沸騰實驗的重要性

沸騰是物態變化的一種方式。初中物理教材中的學習內容是要求通過探究水的沸騰實驗來觀察水的沸騰現象，從而理解沸騰是液體內部和表面同時發生的劇烈的汽化現象，從而理解沸騰是液體內部和表面同時發生的劇烈的汽化現象，并將探究實驗記錄的數據進行分析、歸納得出水沸騰時的溫度特點。通過這樣的探究活動，不斷激發學生的學習興趣和對科學的求知欲望，并樂于探索自然現象，樂于了解日常生活中所接觸的物理道理。

2.2課本實驗的不足

在人教版八年級物理第三章第三節汽化和液化中有一個觀察水的沸騰實驗。實驗裝置如圖3所示，它由鐵架臺、溫度計、紙板、盛水燒杯、石棉網、酒精燈組成。因為燒杯是不能直接用酒精燈加熱，所以燒杯底一定墊有石棉網。點燃酒精燈后，酒精燃燒放出熱量，這些熱量有一部分通過金屬石棉網傳到燒杯后再傳到燒杯中的水，但由于金屬石棉網上的石棉導熱能力遠比鐵絲網小，熱量由鐵絲網直接向鐵圈傳導的速度快（若環境溫度低，鐵圈和鐵架臺向外散發的熱量越多），因此石棉網與燒杯接觸的一面的溫度不高，因而傳給燒杯的熱量也相應減少，再加上酒精燈的火焰向空氣以輻射等方式傳遞熱量，導致在熱傳遞過程中熱量損失很大，水的溫度上升也不快，要完成實驗的確需要花很長的時間。有一次聽課，看見上課老師在較低的溫度環境下做這個實驗，為了縮短實驗時間，利用熱水來做實驗，調整酒精燈的燈芯長度，使酒精燈的火力達到最大狀態。雖然這樣，盡管酒精燈不斷加熱，但由于這時的實驗環境溫度較低，熱量散失的總量比酒精燈放出的熱量還要多。因而導致溫度計的示數處于不斷下降的狀態，實驗以失敗而告終。

在評課時與老師們一起討論和總結，這個實驗失敗的原因有如下四點：

（1）在熱傳遞過程中，由于實驗環境的溫度較低，散失的熱量過多。

（2）酒精燈的燈芯長度不當，導致酒精燈的火力不大。

（3）燒杯裝的水過多，導致熱量散失過多，加熱時間過長。

（4）石棉網對熱量的傳遞有阻礙作用，導致熱量散失嚴重。

因此，針對以上的原因，有必要對該實驗進行改進。

2.3對課本實驗的改進

通過分析研究，提供以下兩種改進方案。

方案一：

用一支較短的大試管來代替燒杯做實驗，這樣既可以省去石棉網，又可以少裝一些水，減少熱量的散失，縮短加熱時間。如圖4所示，溫度計上套了三塊塑料泡沫片，其中放入試管內的兩塊塑料圓片的直徑略小于試管內徑，最上面的一塊是塑料泡沫方片，這塊塑料泡沫方片以及兩塑料泡沫之間的空氣是熱的不良導體，大大減少了熱的散失。并將套了塑料泡沫圓片的溫度計插入盛水的試管中，這樣確保溫度計的玻璃泡既不觸及試管壁又不碰到試管底，這樣設計可以有效防止水的熱量散發到空氣中去，然后用酒精燈直接對試管加熱。這種設計使熱量在傳遞過程中散失較少。另外試管中盛的水比較少，只需要3～4分鐘試管中的冷水（不需用熱水）就會沸騰，這種設計既省時又便于操作和觀察，效果相當理想。

方案二：

課本實驗的不足，關鍵的問題是酒精燈供熱的功率小，熱量散失較多，導致實驗效果差。要解決酒精燈供熱功率小的問題，我嘗試過用大功率的電熱管來代替酒精燈進行供熱。選擇一個厚燒杯，利用玻璃鉆嘴在燒杯的底部適當位置打兩個孔，裝上大功率電熱管，接好電源線，按圖5那樣組成實驗裝置，燒杯裝上適量的水，這樣設計可使熱量從電熱管直接傳遞到水中，散失較少，加上電熱管的電功率較大，所以接通電后2～3分鐘，燒杯的冷水就會沸騰，效果十分理想。但要注意在實驗過程中，不能用手接觸燒杯內的水，預防電熱管漏電而觸電。這種方法要在老師的指導下才能去做，預防出現事故。

這兩種改進方法的實驗，都能使學生直接觀察到水沸騰的現象：沸騰時水底形成大量的氣泡，并且不斷上升，變大到水面破裂。并通過實驗數據分析，知道沸騰是在一定溫度（沸點）下發生的。實驗時還可以移開酒精燈或關閉電源停止加熱，讓你們看到水的沸騰停了下來，再次加熱，又看到水再次沸騰起來。

不斷改進課本的實驗，既能提高實驗效率，又能發現物理實驗的有趣和價值，更能培養大家善于觀察和思考的習慣。endprint