张琳
山东省烟台市牟平区莒格庄镇中心小学 山东 烟台 264110
摘要：五年级义务教育《科学》（青岛出版社)“观察水的沸腾”实验是研究液体沸腾时的特征,但在具体实验中往往会出现理论与实验结果不符,或是实验现象不明显等情况,以至于影响学生对沸腾现象的理解。鉴于此,可对该实验作一些改进和创新。
关键词：科学实验;水沸腾现象;改进措施;
一、实验仪器的选择和改进
《科学》（青岛出版社)中,“观察水的沸腾”实验装置如图1所示。教材中使用了250 mL的大烧杯,造成实验时需要的水量较多,加之杯口较大,使得热量散失较多,实验耗时较长。如果换用热水做,又会减少气泡的数量,也不能让学生较好地观察到沸腾现象。
为了缩短实验时间,我也曾试着用减少水量的办法,但要使温度计的玻璃泡不与杯底接触,杯中至少也要装入1/3的水量。这样一来,杯中水的深度就会大大减小,而由于水浅,也便无法清晰地观察到水沸腾前后气泡的变化过程了,实验效果最终还是会被影响。
另外,为了减少热量的损失,教材中还采用在杯口加盖一张中心有孔的纸板进行实验,这种方法可以增大水面上方的气压,使水的沸点升高。但是水蒸汽会弥漫在杯内液面上方,同时杯壁上还会附着一些被液化的小水珠,最终会导致观察的效果被影响。此外,由于各实验小组盖的密封程度不同,还会出现沸点温度差异较大的现象。
针对以上问题,我多次对实验装置进行了改进,最终选用了10mL的小试管如图2作为实验主要装置。这样可大大缩短实验时间,使温度计的读数更真实可靠。但需要注意的是,若实验中加热的水含有矿物质较多的话,实验结果也会出现误差,因此选择合适的水也是十分必要的,所以,每次实验所用的水应及时更换。
二、实验现象的描述
对实验现象的描述,应该从以下几个问题出发:
1. 为什么试管底部先有气泡,侧壁后有气泡?
2. 气泡里的气体是什么?
3. 在水沸腾之前,气泡由小变大而在上升时又变小,这是为什么?
4. 水沸腾时,气泡在上升过程中,为什么气泡又会由小变大呢?
5. 水沸腾后温度还会继续上升吗?
从微观角度看水沸腾的过程,实验现象大体可分为两个阶段:①水沸腾前,试管 里的水被加热,由于水中溶有空气,受热膨胀体积增大,在液体表面张力作用下形成气泡。同时,在热传递的过程中,锥形烧瓶底部的温度比侧壁的温度略高,因此底部比侧壁先出现了小气泡。又因为小气泡的周围都是水,水就会向气泡里不断地蒸发,因为小气泡的体积小,里面的气体很快就会达到饱和状态,所以气泡里不仅有空气而且还有饱和的蒸汽。
当水温继续升高时,小气泡里的饱和蒸汽压逐渐增大,于是它的体积也随之增大,在浮力的作用下,气泡脱离杯底及器壁上升。同时,遗留在底面上的少量空气又逐渐形成新的气泡。当气泡上升到温度较低的上层时,由于气泡内的饱和气压小于外部的压强,气泡又逐渐变小,以使气泡内的饱和气逐渐凝结成液体,最后只剩下空气和少量的蒸汽逃出液面。
在沸腾过程中,随着温度的升高,气泡里的饱和气压也越来越大。等到水的温度达到一定程度时,气泡内的饱和气压增大到等于外部压强时,整个水层处在同一温度下,于是气泡在上升过程中就不会再发生水气凝结和体积缩小的现象。由于不断吸热,气泡周围的水会迅速地向气泡内蒸发,气泡的体积在上升过程中就会不断增大。最后,当气泡升到水面时裂开,放出大量的蒸汽,此时杯内的水上下翻腾,这就是沸腾现象。
水沸腾后,温度不再继续上升。温度值根据当地大气压而发生变化,不一定是100℃。气压越高,沸点越高,气压越低,沸点越低。试管口出现大量“白气”,这其实是蒸汽液化形成的大量小水珠聚集在一起形成的,教师一定要提醒学生注意这个知识点,否则会让他们形成科学性的错误。
作者简介：张琳(1964.11) 男，汉族，山东烟台市牟平区莒格庄中心小学，本科?中学一级教师??264110?????