观察水的沸腾实验及改进措施.docx

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1、观察水的沸腾实验及改进措施 关键词 物理试验;水沸腾现象;改进措施;留意 问题 中图分类号 G633.7文献标识码 C 文章编号 10140463(2022)05(A)005802 八年级义务教化初中物理教材(北京师范高校出版社)“视察水的沸腾”试验是探讨液体沸腾时的特征,但在详细试验中往往会出现理论与试验结果不符,或是试验现象不明显等状况,以至于影响学生对沸腾现象的理解。鉴于此,可对该试验作一些改进。 一、试验仪器的选择和改进 物理教材(北京师范高校出版社)中,“视察水的沸腾”试验装置如图1所示。教材中运用了250 mL的大烧杯,造成试验时须要的水量较多,加之杯口较大,使得热量散失较多,试验

2、耗时较长。假如换用热水做,又会削减气泡的数量,也不能让学生较好地视察到沸腾现象。 为了缩短试验时间,我也曾试着用削减水量的方法,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,也便无法清楚地视察到水沸腾前后气泡的改变过程了,试验效果最终还是会被影响。 另外,为了削减热量的损失,教材中还采纳在杯口加盖一张中心有孔的纸板进行试验,这种方法可以增大水面上方的气压,使水的沸点上升。但是水蒸汽会充满在杯内液面上方,同时杯壁上还会附着一些被液化的小水珠,最终会导致视察的效果被影响。此外,由于各试验小组盖的密封程度不同,还会出现沸点温度差异较大

3、的现象。 针对以上问题,我多次对试验装置进行了改进,最终选用了101 mL的锥形烧瓶(如图2所示)作为试验主要装置。这样可大大缩短试验时间,使温度计的读数更真实牢靠。但须要留意的是,若试验中加热的水含有矿物质较多的话,试验结果也会出现误差,因此选择合适的水也是非常必要的,所以,每次试验所用的水应刚好更换。 二、试验现象的描述 对试验现象的描述,应当从以下几个问题动身: 1. 为什么锥形烧瓶底部先有气泡,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. 水沸腾后温度还会接

4、着上升吗? 6. 锥形烧瓶口出现的“白气”是水蒸汽吗? 从微观角度看水沸腾的过程,试验现象大体可分为两个阶段:水沸腾前,锥形烧瓶里的水被加热,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。又因为小气泡的四周都是水,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。 当水温接着上升时,小气泡里的饱和蒸汽压渐渐增大,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渐渐形成新的气

5、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,气泡又渐渐变小,以使气泡内的饱和气渐渐凝聚成液体,最终只剩下空气和少量的蒸汽逃出液面。 在沸腾过程中,随着温度的上升,气泡里的饱和气压也越来越大。等到水的温度达到肯定程度时,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聚和体积缩小的现象。由于不断吸热,气泡四周的水会快速地向气泡内蒸发,气泡的体积在上升过程中就会不断增大。最终,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,温度不再接着上升。温度值依据当地大气压而发生改变,不肯定是

6、101。气压越高,沸点越高,气压越低,沸点越低。锥形烧瓶口出现大量“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,老师肯定要提示学生留意这个学问点,否则会让他们形成科学性的错误。 三、沸腾条件的试验验证 沸腾条件即液体达到沸点后还要接着吸热。如图3、4、5所示,将甲、乙、丙三个试管分别装适量的水、酒精、水,再将三个试管分别放进A、B、C三个容器中(如图),其中C容器是一个密封的装置。分别加热A、B、C三个容器,视察现象后考虑:试管甲、乙、丙中的液体是否会沸腾? 液体是否会沸腾,要看是否满意沸腾所需的条件:达到沸点和接着吸热,两个条件缺一不行。A、B两容器内的水被加热至沸腾时,其沸点

7、是相同的,但对比试管中所盛液体可知:在标准大气压下,水的沸点是101,酒精的沸点是78.5。当装置3中的水温达到101时,由于热传递,甲试管中的水也达到101,水温相同,此时不存在温度差,故沸腾的其次个条件接着吸热不能达到,甲试管中水不能沸腾。乙试管中酒精由于和容器中沸腾的水之间存在温度差,所以达到沸点后仍能接着吸热,故可沸腾。丙试管中水会沸腾,这是因为加盖容器水面气压大,所以里面水的温度高于101,而试管丙是开口的,在标准大气压下它的沸点为101,丙试管放在了温度高于101的水中,当它的温度达到沸点101时还能接着从容器的水中吸热,达到了水沸腾的条件,所以丙试管中的水可以沸腾。 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页