中学物理实验技能训练讲义正文 - 图文(8)

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如图10-4所示的是图10-3所示装置中插有温度计的盛萘试管的放大图。由于采用的是水浴法加热，在试管所盛的萘粉内部，从与试管内壁接触的部分到试管中心将有一个温度梯度，在越靠近试管壁的地方温度越高。这样，即使将温度计插在距试管壁为试管半径的1/2距离处，温度计所测得的温度也要比管壁处萘的温度低。由于固态萘属不良热导体，这种温差是比较显著的，有时实验会达到2℃。于是，在我们看到靠近试管壁的萘已开始熔化时，与温度计接触的萘的温度尚未达到熔点，还在继续升温，而当此处的萘也达到了熔点时，本来可以保持一段时间温度不再上升的，但在此之前已熔化的液态萘内部温度也存在差异，靠近试管内壁的萘液温度高，已升至熔点以上，且由于液态萘具有流动性，导热性增强。这两个因素的共同作用，加快了剩下部分的固态萘的熔化和与温度计接触处的液态萘温度的上升。因此使人很难观测到一段时间足够长的温度稳定的过程，而得到的往往是如图10-2所反映的那样一种温度一直在上升的情况。至于在凝固过程中，很难观测到一段时间足够长的温度稳定的过程，道理也是一样的，主要原因就是作为熔质的萘内部温度的不均匀。

图10-3 晶体熔解实验装置示意图

2．实验改进的思路

根据以上分析，实验改进可以从以下几个方面入手 2.1 改善导热，减小熔质内部的温度梯度 固态萘或者硫代硫酸钠本身是导热不良的，但若采取一些措施，则可以改善这一实验条件。具体也有好几种方法可以选用。

图10-4 温度计放入示意图 图10-5 螺旋形搅拌器

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① 加强搅拌 不难想到，加强搅拌可以减少萘粉或者硫代硫酸钠内部的温差，但固态萘即使被碾成了粉末也不易于在试管中被搅拌。江西师大周中权先生设计了一个，如图10-6所示，用此搅拌器，可以上、下翻搅试管中的萘粉。使其内部温差减小。但要注意的是，加强搅拌的同时也加快了熔化的过程，若想获得足够长的熔化时间，萘的用量不能太少，用J2262 型熔化器做实验，萘的用量以15克到20克为宜。

② 在熔质中掺入碎金属丝

若在萘粉中掺入一些碎金属丝，也可显著地改善实验效果。具体可将细铜丝剪碎后与萘粉拌匀后加入试管备用。

此外，在盛萘试管上加盖密闭可以起到减少萘内部温差和其挥发出的刺激性气味外泄的双重作用。

③缓慢加热

从前述的分析中，很明显，若减缓对萘的加热速度，则可减小萘内部的温度梯度。因此，有人提出采用双层密闭式的试管，即将插有温度计的盛萘小试管套在大试管之中，再用橡皮塞将试管封闭。加热时，首先加热大试管中的空气，然后靠热空气均匀而缓慢地加热小试管中的萘。采用这种办法由于加热过程缓慢，可以有效地减少熔质内部的温差。不过实验过程也相应拖长，这可以通过减少萘的用量来解决。

④用幅射法加热

采用幅射的方法加热，由于吸热同时在熔质表面和内部进行，可以有效地减小熔质内部的温差。因而从原理上来讲不失为一种较理想的方法。有人介绍曾使用微波炉加热萘做实验，取得了良好的效果，有条件的读者不妨一试。不过此方法实验条件要求较高，推广起来尚有困难，而且凝固过程的问题并未因此而解决。

2.2 熔质的选择

长期以来，萘被人们选用来做晶体熔化与凝固实验，其原因是由于它具有熔点准确、取材容易、价格便宜且可多次重复使用的优点。但它的熔点较高(纯萘为80.2℃)，加热时间长，萘不溶于水，不便清洗且实验时有刺激性微毒气体挥发出来。因此，有人建议用海波取而代之，九义教材中已有好几种版本的物理课本中采用了海波作为熔质。海波的学名叫硫代硫酸钠，是照像冲印用来配制定影剂的一种晶体。海波的熔点较低，只有48℃，因此可以很方便地用热水加热之。而且由于它熔于水，清洗方便，实验过程中也无强的刺激性气味放出。但是需要指出的是，用海波代替萘并未从根本上解决前述的由于熔质内部温差而导致的实验困难，而且海波熔化过程较复杂，它在48℃时晶格瓦解，放出结晶水，随后溶解于所放出的结晶水中，因此在熔化的过程中，将有结晶水的损失，不能重复使用。此外，用海波做实验在凝固阶段(即使放在空气中自然冷却)会出现过冷现象，即冷却到温度低于凝固点之后仍不凝固，尔后温度又上升到48℃，放出熔化热而凝固。这是缺少凝聚核所致，但无法向初中学生解释这些，因此必须在实验过程中(凝固前)撒少许海波晶体粉末或粉笔灰于液态的海波中。这样做虽然可以减轻过冷现象，但也难免使学生产生是人为改变了实验条件的感觉，从而对实验结果的可靠性发生怀疑。

3．关于实验操作的讨论

经过有效的改进，萘的熔化和凝固实验可以化难为易，但在具体操作上，还应注意以下几点：

①用水浴法加热时，水量要选择适当，以使水能没过试管内熔质2厘米左右为宜； ②用水浴法加热时，应调节加热的强度，控制水温与萘温的温差始终在3－5℃的范围内，而千万不要采取只在快要熔化时才减慢加热速度的办法。

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③若在熔质熔化和凝固过程中，不断移动温度计的位置，以便使温度计的测温泡始终处在固、液交界处，则可以较明显地改进实验效果，但这样频繁移动温度计的作用和道理教师虽然能理解，学生又会怎么想呢？这还是值得探讨的一个问题。

4．关于实验成功标准的讨论

以上介绍的方法与图11-3所示装置比较，均可不同程度地改善实验效果，画出的图线不再如图11-4所示那样，而是在熔化和凝固过程过程中均有一段温度不变的时间。但读者若亲自完成实验就会发现，无论用现有的哪一种改进方法，都无法得到如图1所示的图线，即在一发现有晶体开始熔化或凝固就不再有温度的上升或下降，有人据此认为现有的改进方法都是不成功的。这就涉及到了这个实验达到什么程度才算成功的问题，实际上也反映了对物理实验的本质，实验与理论的关系的认识问题。这个问题留给学生去考虑。 ?【实验内容】

1．按照图10-3所示的装置进行器材准备，注意烧杯中也要放一支温度计；

2．把25g左右的海波碾磨成粉末，放入试管中，并在试管中插入一个搅棒器。对烧杯进行加热，注意里外同时受热，实验效果明显改进。

3．在温度到了40℃左右的时候进行温度的记录，在实验的过程中一定要充分搅拌。在熔点附近记录时间的间隔相对紧密些。同时注意温度计的玻璃泡要放在固体和液体共存的液面上，实验效果明显改进。

4．在温度接近60℃时进行冷却，冷却的时候注意可以搅拌。处理数据，分析曲线。 ?【实验思考】

1．改善导热，减小熔质内部的温度梯度的方法有什么？ 2．熔质如何选择？

3．实验操作应注意的问题。 4．实验成功标准是什么？

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实验十一 静电实验的探究

静电实验是广大教师感到最难做好的物理演示实验之一。静电实验似乎很难捉摸，有时在实验室准备时能做成功，一上讲台就莫名其妙地不灵了。因此，一些教师怕做静电实验，特别是不敢在天气不好的时候做静电实验。但是也有不少教师和实验人员勇于实践、不断探索，逐步积累了丰富的做好静电演示实验的经验。例如：用石蜡加强仪器的绝缘，设法保持实验仪器表面的清洁和干燥等，使静电实验在他们手中变得可 …… 此处隐藏：3866字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……