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淺析「探究水的沸騰實驗」五個問題

2023年08月26日

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探究「水的沸騰」實驗(人教版八年級上冊)是一個簡單易做的學生實驗,但往往因為實驗前疏於考慮,實驗中重視不足,導致實驗的失敗率很高。下面就筆者在教學中出現的問題做一簡單分析。
問題1按照課本實驗器材,安裝並實驗,弊端主要有:時間比較長;沸騰時現象不明顯(如沸騰時劇烈程度不夠等)。
由於石棉網的存在,網面凹凸不平,與杯底部接觸面積不大,熱傳導和熱輻射效果不佳,因石棉網吸收的熱量,不僅給燒杯底部傳導和輻射熱能,同時也向外界輻射而造成熱能的損失,當燒杯及燒杯中的水吸收的熱量與向外界散發的熱量接近相等時,此時水的溫度上升緩慢,甚至停止上升。改進方法:把大燒杯換成大試管(長約25厘米,直徑4厘米),用酒精燈直接給盛水的大試管加熱(不要加石棉網)直至沸騰。記錄數據的時間單位不用分鐘,改用秒。
問題2隨著溫度的上升,溫度計與試管(燒杯)內表面出現了許多氣泡。
原因是溫度計的外表面是凹凸不平的,試管(燒杯)內表壁也是凹凸不平的,當我們把溫度計插入水中,或把水倒入燒杯里時,並沒有把這些物體表面上的空氣完全排除,另外原先水中也溶解一部分空氣。當給試管(燒杯)加熱後,氣體對水的溶解度降低,逸出的空氣形成氣泡,這些小氣泡受熱膨脹,體積增大,這是其一;另外,當水的溫度升高,水從氣泡的內表面向泡內蒸發,壓強增大;這兩種因素的作用使氣泡體積增大,我們便可以觀察到許多的小氣泡。
問題3當水溫上升到60℃~95℃這一溫度範圍時,水面以下的氣泡有相當一部分上升至水面,在上升的過程中,氣泡的體積由大變小。
這種氣泡的主要成分是水蒸氣。它是內部的水在高溫條件下汽化化形成的。由於水不善於傳導熱,此時水溫上下是不一致的。靠近容器底的水溫高,越往上溫度越低,在下部形成的氣泡,上升到溫度低的地方,氣泡中的水蒸氣就會邊上升變液化,導致氣泡變小甚至消失。
問題4當水溫達到沸點時,觀察到氣泡由杯底上升到水面的過程中,氣泡的體積是由小變大的。
由於水沸騰後,水的溫度處處相等,氣泡在上升過程中不會液化成水而是繼續向泡內汽化,水蒸氣(泡內空氣體積膨脹也是其中的一個因素)使氣泡內的壓強增大,所以氣泡的體積變大,直至水面破裂。
問題5有同學加熱沸騰過的水,實驗中,雖然水溫已過沸點,但水的內部產生汽泡不多,汽泡也很小,水的沸騰現象不明顯。

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