熱傳遞方式
——水的導熱性實驗的改進

常 喬

（上海民辦華二初級中學，上海）

初中階段的科學課程是以對科學本質的認識為基礎，以提高學生的科學學習素養為宗旨的綜合課程。在初中開設科學課程，也是為了適應時代和學生發展的需要，幫助學生從整體上認識自然和科學知識，深化對科學知識原理的理解，促進素質教育的發展，培養學生科技創新的能力，為學生認識和適應未來不斷變化的世界做好準備。

水是最常見的液體。當水受熱時，粒子間的距離增大，熱水因而膨脹，同時密度變得比冷水小，密度小的熱水向上升，密度大的冷水向下降，流回補充，形成對流。熱在水中主要的傳遞方式是對流。那么，水的導熱性如何？水能不能利用傳導的方式傳遞熱？

“水的導熱性”是（牛津上海版）科學六年級第二學期第五章能與能源中“空氣與水的導熱性”活動5.11的內容。

根據《上海市初中科學學科教學基本要求》，學生在科學學習中，需要學會用控制變量的思想獨立設計實驗。結合對教材的理解和本章節教材的內容，我重新設計了一組對比實驗來代替這組實驗，并順利完成了該部分的教學任務，并達到了預定的目的和效果。

改進前

圖1

圖2

改進后

圖3

圖4

這個演示實驗課本上安排了一組實驗A、B（如圖1、圖2）。

先做實驗A，發現酒精燈加熱后，溫度計顯示試管上部水溫上升很快。1分鐘后，溫度計已上升了42℃，再過1分鐘，試管中的水已全部沸騰，實驗結束。但這個實驗不能說明熱在水中的傳導性，因為加熱試管下部，熱水會向上升，冷水向下流回補充，形成對流。此時，熱在水中以對流方式進行傳遞，所以實驗A不能說明水的導熱性。于是將實驗A進行改進，改為酒精燈加熱試管中水的上部，如果仍用溫度計，那么溫度計水銀球放置于試管中水的底部，同樣加熱2分鐘，觀察溫度計示數沒有明顯變化。故將溫度計改為利用冰塊去探測試管底部溫度的變化情況，效果更加直觀。

A實驗中試管上部水的溫度是用溫度計測量的，溫度上升雖然明顯，但只能找學生代表近距離觀察，座位在后面的同學不易觀察。B實驗中冰塊放在試管的底部，在試管口加熱，結果是試管口的水沸騰了，而試管底部的冰沒有全部融化，實驗效果一目了然。

如果按照教材實驗順序來做，可以使學生了解到水的導熱性較差。但六年級學生普遍邏輯思維能力較強，A、B這組實驗對他們來講未免有些淺顯。

受實驗B的啟發，我重新設計了實驗C（如圖3），去掉溫度計，改用冰塊，由于密度比較小，冰塊浮在試管中水面上，加熱試管底部。實驗C與實驗B組成一組對比實驗。

此組對比實驗另兩處改進：

1.冰塊事先用摻了紅墨水的水冷凍，試管中的水是無色的，實驗效果非常直觀。

2.實驗D（如圖4）中，與試管口等大的圓形鐵絲網較難制作，且利用它來固定冰塊比較有難度。故采用了在礦泉水瓶蓋上打孔的辦法（如圖5），且加上了一個鐵絲，便于拉出試管，增加了該演示實驗的可操作性。

圖5

兩個實驗同時開始加熱，只用了1分鐘的時間，實驗C冰塊全部融化，而實驗D中的冰塊大小沒有明顯變化。再加熱至2分鐘，C中試管口處有氣泡從試管加熱處豎直向上成串冒出，此時，C中上部水已沸騰，而實驗D中的冰塊沒有全部融化。

經改進，兩個實驗（C、D）中酒精燈同時點燃。同時保證試管大小、水的體積、冰塊大小、酒精燈火焰大小均相同，只有冰塊的位置和酒精燈加熱點不同，節省了課堂演示實驗的寶貴時間。

兩個實驗現象直觀，對比明顯。

實驗C中，熱在水中能以對流的方式傳遞，熱水會向上升，故冰會融化。

實驗D中，在試管上部加熱，熱在水中只能通過傳導的方式向下傳遞，而試管底部的冰并未融化，從而直觀地說明了水的導熱性較差，即水是熱的不良導體。

既然實驗D試管口的水沸騰時，試管底部的冰沒有全部融化，也就是說試管底部溫度沒有明顯的變化。那么我們進行了另一個大膽的實驗設想“是否可以開水養金魚？”

如果仍利用實驗D的裝置，采用試管，酒精燈放在試管口處加熱，用金魚代替冰塊，把金魚放進試管中，金魚會游到試管口處，危及其生命。

為了避免上述情況的發生，同時考慮到實驗室現有的實驗條件，最后，我決定采用圓底燒瓶，金魚的活動范圍也更大。將圓底燒瓶傾斜地固定好，使水剛好到燒瓶口的位置，酒精燈放在燒瓶口處加熱。由于光的折射作用，燒瓶里的金魚從外面觀察，顯得特別大。實驗的結果當然是肯定的——沸水、活金魚共同存在（如圖6）。當燒瓶口附近的水溫上升并達到沸騰后，燒瓶底部的金魚依然自由地游動。

圖6

水中傳熱的方式主要是對流，水受熱后，熱水向上升，酒精燈只在燒瓶口處加熱，水的導熱性較差，熱量不容易傳到燒瓶底部，因此雖然燒瓶口處的水沸騰了，但燒瓶底部的水溫短時間內不會升高很多，金魚仍會自由地游泳。這樣，開水里也可以養金魚。

兩個實驗A、B經過改進后，效果直觀，節省了實驗時間，同時增加了“開水養金魚”的實驗，效果特別好。學生學習的積極性也被調動起來了，完美地完成了教學任務，使學生深刻地理解了水是導熱性較差的物質。

總之，實驗的改進與創新有助于學生思維能力、觀察能力、創新能力和綜合分析能力的培養。我們在平時的教學中要根據學生的認知水平、實驗室擁有的客觀條件以及教學的需要，對現行教材中的部分實驗進行大膽的改進和創新，展現實驗教學的魅力，切實提高實驗教學思維的邏輯性、直觀性和有效性，使我們的教學更加精彩、更加有效。