“水的沸騰特點”實驗中的問題及改進

孔祥戰

摘要：“水的沸騰特點”實驗是研究液體沸騰時的特點，但在具體實驗中往往會出現一些問題，或是與實驗結果不符，或是實驗現象不明顯等情況，以至于影響學生對沸騰現象的理解。鑒于此，本文作者對該實驗出現的問題作了簡單的分析提出了一些改進方法。

關鍵詞：水的沸騰 問題 改進

八年級義務教育初中《物理》教材（上海科學技術出版社）“水的沸騰特點”實驗是研究液體沸騰時的特點，但在具體實驗中往往會出現一些問題，或是與實驗結果不符，或是實驗現象不明顯等情況，以至于影響學生對沸騰現象的理解。鑒于此，可對該實驗作一些改進。

一、多次實驗后水沸騰前氣泡少不容易觀察的問題

我們知道，水中能溶有少量空氣，容器壁的表面小空穴中也吸附著空氣，這些小氣泡起汽化核的作用。當水被加熱時，氣泡首先在受熱面的容器壁上生成。但是水對空氣的溶解度及容器壁對空氣的吸附量隨溫度的升高而減少。在實驗中，由于各班輪流使用同一套器材進行分組實驗，水多次沸騰后，水中能作為汽化核的空氣逐漸減少，致使沸騰前產生的氣泡減少而不容易觀察到。因此，我們每做完一次實驗，需要及時換水，這樣下次實驗，水在沸騰前后的氣泡就比較明顯了。

二、水長時間沸騰后的過熱現象

水在容器中長時間沸騰后，繼續不停地對水加熱，水溫已達到沸點以上，但水并不沸騰，這種現象稱為過熱現象。這也是由于長時間沸騰的液體中汽化核逐漸減少，甚至缺少汽化核，沸騰減弱。液體從外界吸收的熱大于液體汽化散失，是液體溫度升高到沸點以上，便產生過熱現象。但液體的過熱狀態并不穩定，稍有擾動或加入少量的水，液體便會立即沸騰，使溫度降低到沸點。因此，實驗時我們可以加些碎瓷片來防止此現象的出現

三、水沸騰前后氣泡大小變化的問題

由于水中溶有空氣，受熱膨脹體積增大，在液體表面張力作用下形成氣泡。同時，水是熱的不良導體，在熱傳遞的過程中，當對水進行加熱時，水的下部分先受熱，溫度升高，而此時水的上部分溫度仍然較低。

水沸騰前（如圖1所示），在氣泡上升過程中，下面部分的水先受熱，溫度升高，于是有一部分水汽化成水蒸氣，形成氣泡，氣泡所受到的浮力大于自身的重力，于是氣泡上升。氣泡在上升過程中逐漸變小，學生往往認為氣泡變小的原因是：下部分的水溫升高，但上部分的水溫度仍然較低，在氣泡上升過程中，氣體受熱脹冷縮影響明顯，因此底部氣泡在上升過程中逐漸縮小；其實，氣體受熱脹冷縮影響是次要的，這個觀點不能解釋為什么有些氣泡在上升過程逐漸變小并且消失的問題。其主要原因是氣泡遇到溫度比它低的冷水，于是有一部分水蒸氣放熱，重新液化成水，所以氣泡的體積也相應地變小了，甚至消失了；

而在水沸騰以后（如圖2所示），氣泡在上升過程逐漸變大，學生受八年級壓強知識的影響，往往認為是氣泡在上升過程中受壓強的影響，越往上水的壓強越小，氣泡就會逐漸變大。其實這種觀點是錯誤的。壓強的減小對氣泡大小的影響是很小的，其主要是由于加熱時水發生對流，水的上下部分的溫度都達到沸點，繼續加熱，與水沸騰前一樣，有水汽化成水蒸氣形成氣泡上升。在上升的過程中，也不斷有水汽化成水蒸氣，于是許多氣泡聚在一起，越積越多，從而其體積變大。最后，當氣泡升到水面時裂開，放出大量的蒸汽，此時杯內的水上下翻騰，這就是沸騰現象。因此，在教學中對于氣泡大小的變化的情況，我們還是應該從物態變化的角度來解釋這種變化。

四、由硬紙板帶來的一些問題

在實驗中，為了縮短實驗時間，通常我們在燒杯上加蓋硬紙板，但在實驗中也帶來了一些問題：首先，加蓋硬紙板增大了燒杯中的氣壓，使水的沸點較常壓時高2～3℃，且有邊沸騰邊升溫的現象。其次，在實驗中學生如果掀起了硬紙板，會導致燒杯中的氣壓降低，沸點也隨之降低，而出現溫度忽高忽低的情況。若不蓋紙板，則加熱時間太長，且在水沸騰時，由于大量水蒸氣在溫度計的玻璃棒上液化放熱，使讀數較正常值高1～2℃。我的做法是：在燒杯上加蓋紙片，當水溫升至95℃時，將紙片上移，既不封住杯口，又防止水蒸氣在玻璃棒上液化，效果很好。

五、沸騰前后聲音響度變化問題

個人認為在分組實驗中對于沸騰前后聲音響度變化的問題，不要作為學生觀察一個現象。學生分組實驗，環境比較嘈雜，而水沸騰前后聲音響度的變化比較細微，不容易分辨。在教學中，沸騰前后聲音響度變化問題可以作為課下的實踐作業，讓學生在家完成。