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熔化相同特点不同物理小实验做法

夏季炎热,大家都爱喝冰冻的饮料.不过,细心的你一定有这样的体会:一瓶有冰块的矿泉水比一瓶没有冰块但同样凉的矿泉水温度升高的慢的多。有冰块的矿泉水瓶里,只要冰块没有完全熔化完,这瓶水永远是凉冰冰的。

冰块熔化成水,是需要吸收热量的.按我们的思维,物体吸收了热量,温度应该升高。但为什幺有冰块的矿泉水,冰块虽然在熔化,我们却一直感觉到它仍是冰凉的呢?是不是说它熔化时,温度并没有升高呢?

物理小实验猜想:

固体物质熔化吸热,温度不会升高。

设计实验:

我们选择生活中熟悉的且易熔化的海波和蜡来做一个探究物体熔化时温度变化的实验.用酒精灯对这两种物质加热观察它们各自温度的变化.

物理小实验实验器材:

铁架台、酒精灯、烧杯、石棉网、试管、温度计。

物理小实验过程:

如图,组装好实验器材。实验中,我们并没有直接对盛有海波和蜡的试管加热。,而是采用“水浴法”,即把装有海波或蜡的试管放入盛水的烧杯中,对烧杯加热,这样,是为了使它们能够均匀受热海波和蜡就不会只是局部过热了。当然,在它们熔化过程中,我们还可以边搅拌边加热.它们受热就会更加均匀了。

熔化相同特点不同物理小实验做法

等两种物质的温度升到40℃左右时开始,每隔1min记录一次温度,为了便于比较它们的温度变化情况,我们可以用一个表格来记录它们每个时刻的温度,完全熔化完后再记录几次数据:

时间(min)

...

海波温度(℃)

蜡的温度(℃)

记录好实验数据后,我们用图像来表示它们温度的变化规律。在方格纸上,用横轴表示加热的时间,纵轴表示温度,根据表中各个时刻的温度在方格纸上描点,然后用平滑的曲线把这些各点连接起来,就绘成了固体的熔化图像。如图:

熔化相同特点不同物理小实验做法熔化相同特点不同物理小实验做法

像这样的用图像表示一个物理量随另一个物理量的变化而变化的“图像法”,我们今后还会遇到很多,它在我们各门学科中都会有所体现。把蜡和海波的熔化放在一起进行比较的“类比法”在物理探究中也经常出现。

分析论证:

通过表格中的数据和图像,我们就能发现海波在熔化时,吸收热量,先是温度升高,然后保持不变,最后又开始升高.在图像中AB段反映了海波吸收热量,温度升高的过程,这时候还是固体。B开始熔化,C熔化完成,BC段是熔化过程,吸收热量,温度保持不变,这段处于“固液共存”的状态。CD段已经完全熔化为液体,吸收热量,温度又开始升高。但蜡却没有一个像海波一样,吸收热量,温度保持不变的熔化过程。我们把像海波这样的有一定的熔化过程的固体叫做晶体,它们熔化过程中保持不变的这个温度叫熔点,而像蜡一样没有一定的熔化过程的固体叫做非晶体,它们当然也就没有熔点了。有没有熔点,就是晶体和非晶体的最大区别。

生活中常见的如冰,海波,食盐,各种金属等都是晶体,而蜡,松香,玻璃,沥青,它们都是非晶体。

实验点评:

因为蜡和海波加热后,熔化很快,所以除了采用“水浴法”对它们加热外,还应该注意,实验过程中要适当调整火焰的大小或高度,避免过快地熔化完。实际实验中,我还让学生在烧杯中再插一支温度计来注意水温的变化,防止水温升高过快。如果管内外的温度变化较大,实验结果可能不准确。管内外的温差应保持在2-3℃左右。另外,实验室备的海波多为较大的颗粒,实验前应将海波碾成粉末,这样,对实验影响较小。而蜡只能切削成薄的碎片,但这些碎片又通常是卷曲的,由于碎片间会有空气的干扰,实验效果不会很好。可以先把蜡碎片熔化,再把温度计放入熔化的蜡液中,等蜡凝固,用这样的熔凝过的蜡做熔化的实验,效果会好的多。“图像法”分析物理中的问题在后面的电学,力学中还会经常遇到。

解释问题:

现在我们不难解释夏天有冰块的水为什幺会一直很冰凉的原因了?原来冰块在熔化过程中,虽然吸收了热量,但温度却保持不变.冰的熔点是0℃,换句话说就是只要有冰块,这瓶水的温度就会一直保持在0℃而不会升高.

实验思考:

我们也可以用冰块来探究固体熔化时的规律,它甚至不需要用酒精灯来加热,方法更简单,而且结果会更准确。至于在实验过程中要注意什幺问题,还是在我们自己动手的过程中去发现,去解决吧!


选自:《初中物理自制教具》

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