“水的沸腾”实验中4个问题的分析及改进

胡瑜涵

（衢州市实验学校，浙江 衢州324000）

1 引 言

在新浙科版《科学》七年级上册第四章第六节“汽化与液化”的备课、教学以及课后反思过程中，笔者对教材中“水的沸腾”实验有几点新的认识.在“沸腾”这节课中，笔者以探究水的沸腾实验为切入点，主要围绕以下3个核心问题展开教学：1）水沸腾有什么特征；2）水沸腾需要什么条件；3）水沸腾后，如果再继续加热，水温会不会发生变化.课前笔者按教材实验装置做了多次预实验，发现4个影响实验时间以及实验现象的问题，并对此作出分析及改进.

2 问题1：实验所需时间过长

初次实验用60mL约60℃的温水.从给水加热直到水沸腾，用时近13min.实验用时过长，将影响课堂进度.分析其原因：1）水初温较低；2）实验室中只能提供酒精灯加热，加热强度有限；3）当时室温16℃，实验环境温度较低，烧杯中的水向外界环境传递热量，即使用纸片将烧杯口盖上，热量也容易散失.根据问题产生的原因，笔者做出的改进措施如下：1）提高水温，将60℃左右的水换为刚煮沸的开水；2）减少水量，将水量由60mL减少至40mL.再次实验用时7min.

3 问题2：实验中气泡量过少

水的沸腾实验探究的问题之一：水沸腾有什么特征？故水沸腾前后气泡的变化现象是本实验主要观察现象之一.然而根据问题1中的解决措施改进后，发现实验过程中气泡的量较少，导致水沸腾前后气泡变化现象不明显.气泡是由溶解在水中的空气或是附着在水中杂质、烧杯壁上的空气以及水受热形成的水蒸汽产生的［1］.空气在水中的溶解度随着温度的升高而降低，同理附着在杂质或烧杯壁上的空气亦随着温度的升高而减少.因此问题1改进措施中使用刚煮沸的水有些不妥.笔者又做如下改进措施：1）用加热到80℃左右的热水代替刚煮沸的开水，以减少水中空气的流失；2）在烧杯底部放入约2cm3的碎瓦片，通过增加水中杂质，从而增加空气附着量.按上述改进措施实验，气泡量明显增加，有利于对实验现象的观察.

4 问题3：气泡上升时间过短

在观察气泡时，最主要观察气泡上升时其体积的变化过程.要使观察者清楚地观察到气泡体积的变化过程，气泡需有较长的上升距离.而教材上实验装置用烧杯装水，烧杯横截面积大，且为了提高课堂效率不得不减少水的量.这就意味着烧杯中水的深度浅，气泡上升距离短，上升过程历时短，不便于对气泡体积变化的观察.

针对此问题，可以将用于制取氧气的大试管代替烧杯.大试管横截面积相对小，装入相同体积的水，水的深度相对烧杯中水的深度明显增加.大试管中相同体积的水在沸腾前后气泡上升的距离大，历时长，且试管底部与试管上部水的压强变化相对而言较大，学生可以更好地观察到气泡的变化现象.实验装置如图1所示，试管口塞上双孔橡皮塞，一孔用于固定温度计，另一孔用于平衡试管内外气压.有关气泡的实验现象与预期的效果一致，气泡变化现象非常清晰.

图1 实验实物图

对笔者任教的班级调查显示，在家关注水沸腾前后现象的学生很少，学生对水沸腾前后声音的变化认知模糊.笔者将改进后的实验装置用于课堂实践.学生在实验过程中能很好地观察到水在沸腾前后声音的变化，并辨别出水在沸腾前后声音.水沸腾之前，从试管底部产生的小气泡经历了先膨胀再收缩的过程，引起水的振动.当大量的小气泡从试管底部上升时，发生嘶嘶的声音.水沸腾时，蒸汽泡稳定地升至水面，不再收缩，这时只发出低沉的沸腾声音，不再发出嘶嘶的声音.通过该实验，学生能够深刻体会到“响水不开，开水不响”.就这一现象，只有在大试管中才能清楚地被观察者辨别，而在烧杯中则很难观察.

5 问题4：沸腾后温度持续上升

用图1装置做实验，虽然能够更清楚地观察到水沸腾前后的现象，但是也有弊端.使用双孔橡皮塞的目的是一个孔用于固定温度计，另一孔用于平衡大试管内外气压.想法是正确的，但在实际课堂的实验过程中，试管中水沸腾后，温度计内液体柱不断上升，即水沸腾后继续加热，温度会升高.这与事实真理相违背，易误导学生，不利于探究水沸腾的条件以及沸点的引出.问题原因：大试管内水汽化速度快，橡皮塞上1个孔不足以平衡大试管内外气压.从而导致大试管内气压不断增大，使得水的沸点不断升高.相应改进措施：在橡皮塞上多打几个孔或在刚好能塞住试管口的形状规则的泡沫上打1个小孔用于固定温度计，再打1个直径约为1cm的孔用于平衡试管内外气压，使其不影响试管内外气流的运动，消除试管内外压强差.

课堂中，对水的沸点受气压的影响这一知识点的引出稍显生硬.在学生探究得出水的沸腾条件之后，不妨可以让学生试试将多孔橡皮塞换成双孔橡皮塞，观察实验现象.学生会得出与问题4中一样的答案，用双孔橡皮塞导致水温不断上升.学生会发现，这与之前得出水沸腾时温度保持不变的结论不符.从而自然地引发学生思考出现该现象的原因.通过这个小小的附加实验可以顺其自然地引出水的沸点受气压的影响，更有意义的是能够有利于学生科学思维的培养.

6 结束语

通过4次改进后的实验装置能够使实验更好地进行，实验用时短，实验现象正确、明显.学生能够更清楚地观察到水沸腾前后温度、气泡、声音3个方面的变化现象，掌握水沸腾的条件.在教学过程中，非常有必要对实验中出现的问题进行客观地分析，以实事求是的精神究其原因并进行相应的改进和创新，从而为学生提供一个又一个更准确直观的实验，同时用切身的实际行动为学生在科学探究精神方面做榜样.

［1］史伟杰.对水的沸腾实验中非正常现象的分析及改进［J］.新课程（上旬），2011（4）：20.