熔化和凝固实验的改进

２０１６年第６期（总第７９期）　２０１６年１２月　广州广播电视大学学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＵＡＮＧＺＨＯＵ　ＯＰＥＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖ０１．１６　Ｎ０．６　Ｄｅｃ．２０１６　熔化和凝固实验的改进　叶　枫　（广州市第八十六中学分校，广东广州５１０７００）　摘　要：笔者对熔化和凝固的实验装置进行了改进，提出了利用制冷剂实现低温环境，用冰进　行实验以控制实验时间的方法。　关键词：熔化；凝固；实验；改进；制冷剂；控制实验时间　中图分类号：Ｇ６３３．７　文献标识码：Ａ　文章编号：　一、问题的由来　度计插入试管后，待温度升至４０℃左右开始，　每隔ｌｍｉｎ记录一次温度”。按照课本的装置，　要得到固体熔化时的温度变化规律，前提必须　是学生已经能熟练操作各种实验器材，并且实　初中物理课堂几乎每一节课都有物理实验，　因此，做好每一个实验对学生来说都是学好物　理的关键。结合八年级物理教学需要以及学校　的现有条件，我对课本中实验的可行性进行了　挖掘，发现《探究固体熔化时温度的变化规律》　这一实验在进行分组实验时存在着困难，有时　难免出现根据结论凑现象，甚至由于实验不成　功，为了按照课本的思路进行分析而抛开实验　验中既要严格控制试管中海波和石蜡的量，还　要控制水浴法中水的温度及水量，实验过程中　为保证均匀受热还必须不断搅拌试管内的物品。　由于学生第一次接触酒精灯、烧杯、试管等实　验器材，实验时会显得手忙脚乱，待学生熟悉　了实验器材后，能留作进行实验操作并分析的　时间已经非常有限。　（三）由于石蜡、海波短时间内不会重新　凝固，课堂内无法观察凝固的过程。再者，　经过酒精灯加热，水浴法中的水温远远超过　４０℃，水量也由于汽化而减少，所以，紧接着　上课的班级必须更换试管、石蜡、海波、热水、　酒精灯，几乎是全套器材，由于高温还存在安　数据的情况。这样的教学方式导致的结果就是　事倍功半，学生的精力被分散到捣腾实验器材　上，教师的功夫全花在了讲实验上，而且讲授　的内容不是基于实验事实，却仅仅是基于课本　的陈述，做实验变成了讲实验。因此，经过思　考与反复试验，我对这个实验进行了改进，并　通过教学实践证明可行。　二、改进的原因　（一）《熔化和凝固》的教学中，由于冰　是最为学生所熟悉的晶体，所以不管是否有演　示实验作为基础，教师通常会用冰的熔化来讲　解晶体的熔化特点，但是它的反过程——凝固，　由于缺乏低温条件，往往只是通过列举生活中　的实例来说明，学生不能通过实验观察来探究　冰的凝固过程。　（二）课本中利用海波和石蜡来进行探究　固体熔化时温度变化的规律。课本介绍“将温　收稿日期：２０１６．１０．１Ｏ　全隐患，这些准备工作在课间休息短短１Ｏ分钟　内是不可能完成的。　三、改进的措施　（一）改进加热方式　选用学生熟知的水和冰作为实验对象，利　用酒精作为制冷剂提供低温环境，实现在同一　课时内观察水的凝固和冰的熔化两个现象。　（二）简化实验装置　改进后的实验装置只需用到２００ｍｌ烧杯和　作者简介：叶枫，女，本科，主要研究方向为初中物理教学。　８６　）１６年第６期（总第７９期）　』　ｌ广播电视大学学报　Ｖ（）１．１６　Ｎ（）．６　）ｍｌ试管各一个，１５Ｏｒａｌ一次性杯两个。一次　（　）水凝同成冰后，冰块会将温度汁的　玻璃泡包裹住，这个现象存冰的熔化过程中也　杯的使用既实现了隔热的功能，也有效地避　了玻璃器皿的碰撞，而且，一次性杯是可以　ｉ环再用的。实验既使川了水浴法，又利用一　是清晰可　的（如　图所爪），待水全部凝同　成冰后，冰块会将试管也冻住（如下　所示）。　此时取出装有酒精的一次性杯，换另一装水的　一：性杯和空气都为热的不良导体．放大了熔化　Ｉ固的过程。通过简化实验装置，优化实验步骤，　：学生的学习关注集中在对熔化凝同现象的观　；与分析上。　次性杯，将器材重新套同烧杯巾，可以开始　观察冰的熔化现象并记录温度的变化规律　在　学生进行实验的同时，教师可以开始同收酒精，　将【口］收的酒精重新放人冰箱冷冻室备用。　（　）控制实验时间　首先，在选取实验物质时，控制滴入试管　Ｊ的水只需２ｍｌ，每０．５分钟记录一次数据，将　：６分钟内观察到水凝同成冰，冰的熔化全过　也同样可以在８分钟内完成．　其次，利用冷　酒精作为制冷剂，取消了酒精灯的明火加热，　课时结束时只需回收酒精，课问的实验准备　『以在ｌ０分钟内完成，不会对下一个上课班级　成影响、　四、具体操作步骤　（一）如下　所示，取３０ｍｌ的小试管，用　！纸板中间钻孔以同定试管，然后将同定好的　五、注意事项　ｅ管、一次性杯子依次叠加套入２００ｍｌ的烧杯中，　：时烧杯和一次性杯子之间就形成了隔热层。　（一）实验准备需要实验室配备冰箱，提　前冷冻酒精，如果物理实验室没有配备冰箱，　可以使用保温箱埘冷冻酒精进行保温。所谓的　保温箱其实就是一般装水果川的泡沫　料箱。　（二）制冷剂除了可以选用浓度约５０％的　酒精，还　叮以选用饱和盐水　南于冰箱冷冻室　可达一１５　以下（见下　），３５０ｍｌ冰冻酒精在　冷冻室放置４小时以七可达一２０￣Ｃ，３５０ｍｌ饱和　盐水在冷冻室放置４　４，Ｈ，ｔ以上可达一２２　，常温　（二）往试管内滴人２ｍｌ水，用温度计测　｝水的初温，一次性杯中倒入冷冻酒精，将试　环境下用保温箱能保持２个小时左右，完全可　以满足课堂实验的低温要求、、　以水浴的方法浸泡在酒精中，开始实验，观　；水凝同成冰的现象，同时记录温度变化的规　｝。　（ｊ）实验中除了记录温度的变化规律，　透过试管可以清楚的看到水凝同成冰的过程。　实验中只取了２ｍｌ的水，且试管的直径只有　８７　２０１６年第６期（总第７９期）　广州广播电视大学学报　Ｖ（）１．１６　Ｎ（）．６　１３ｒａｍ，即使不搅拌也可以实现均匀受热。由于　（四）实验巾选用的温度计需能渎取零　下温度。本实验选　的温度计量程为一２１　０【：一　１＂２０，学生通过本次实验，还可以练习温度计　零下温度的渎数　试管壁最先接触制冷剂，试管壁上最早出现一　层薄冰，随即温度计外也裹上了冰。冰层逐渐　加厚，直到完全冻住温度汁与试管，中间冰水　混合的过程将持续２分钟。ｆ如下图为课堂上学　生的分组实验１　（五）作为实验的拓展，结合课本吲体酒　精熔点为一１　１７　，学生也可以初步了解酒精的　物理特性。　附：一次完整的凝固熔化实验数据　水的体积２ｍｌ　水浴法水的初温：ｌ３．５　，末温：９　酒精的初温：一ｌ６　，末温：一Ｉ２　实验室用温度计：量程一２ｌ　ｑ【　一ｌ２０　，分　度值：ｌ　表１凝固实验数据　（时Ｉ＇ｆｌＪ　ｍａｉｎ）　０　０．５　ｌ　１．５　２　２．５　３　３．５　４　４．５　５　５．５　６　６　５　濉度”ｃ　４　ｌ　【】　．０．８　一１　．１　一１　．１　．３　．６　．８　．１０　５　．１２　．１３　状态　液态　管　出　现薄冰　管豫的　冰』Ｊ【】厚　完全　冰　表２熔化实验数据　Ｉｔ－ｆ　ｍｉｎ）　（（）　Ｏ．５　ｌ　ｌ　５　２　２．５　３　３．５　４　４．５　５　５．５　６　嫂　Ｃ　．５　．１．５　．１　．１　一】　．１　一ｌ　—ｌ　一０．９　．０．５　．０．１　Ｏ　Ｏ．５　状怠　毒‘　、　冰块　ｆｆ松　动　冰水　；　冰块　逐渐　减少　冰块部分脱离站矗度计　续上表　（ｒａｉｎ）　时问　６．５　７　７．５　８　８．５　９　９　５　温度　Ｃ　２　３　４　５　７　７．１　７．５　状态　冰块完全脱离温度汁　极少量的冰粒　液态　８８