锥形螺旋状铜丝罩对酒精灯火焰温度影响的探究及启示

张志辉

摘要：运用数字实验技术探究锥形螺旋状铜丝罩对酒精灯火焰温度的影响，分析铜丝能熄灭酒精灯的原因，从而认识生产生活中铜丝为何能用于灭火防爆，体会数字实验技术相比于传统实验的优势。

关键词：酒精灯；火焰温度；铜丝罩；演示实验；探究

文章编号：1005–6629（2014）6–0055–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

讲到义务教育九年级《化学》第四章“燃烧和灭火”时，在课堂上演示了一个实验（如图1），将直径1.2 mm左右的家用电线的普通铜丝绕成15～20圈、圈间隙约0.5 mm、高25～30 mm的锥形螺旋状的罩。随着铜丝罩的垂直下移，可观察到酒精灯火焰越来越小，最终完全熄灭了。铜丝灭火了！铜丝能灭火？学生充满了好奇和兴奋。

对学生提问：为什么会有这样的现象？

学生回答1：螺旋状铜丝隔绝了氧气，使酒精不能燃烧；

学生回答2：在加热条件下铜丝与氧气反应消耗了氧气，没有了助燃物氧气，使酒精不能燃烧；

学生回答3：铜丝是金属，具有良好的导热性，将热量散失，使温度降到酒精的着火点以下……

到底是什么原因呢？学生进行了激烈的讨论。

2 问题的解决

（1）向学生展示螺旋状铜丝，学生随即否定了回答1；

（2）将铜丝在酒精灯外焰上加热1 min后冷却，铜丝表面变黑，再次重复实验，酒精灯依然熄灭，学生思考后否定了回答2；

（3）利用DIS数字实验技术的温度传感器进行了如下实验：

资料1：酒精灯的焰心为酒精蒸气，本实验所用酒精灯（如图2）的焰心高度约为15 mm（从离灯芯计），笔者通过三次平行测定，离灯芯5～10 mm处温度约为 500℃，这与钱扬义先生“酒精灯火焰温度外焰最高吗”文章中所测温度基本相似[1]。

资料2：酒精的着火点是696 K（423℃），闪点是285 K（12℃）[2]；

酒精混合物闪点：80%酒精（19℃），60%酒精（22.75℃），40%酒精（26.25℃）；

本实验所用酒精为普通灯用酒精（用95%工业酒精配制，酒精浓度约为80%）。

3 具体实验步骤

（1）将酒精灯置于大烧杯中，以减少空气流动对酒精灯火焰温度的影响。

（2）将采集时间间隔设为1 s，按图3所示，用温度传感器测出从外焰到离灯芯5～10 mm的焰心温度，绘制为曲线1（如图5所示）。

（3）将温度传感器固定在螺旋状铜丝中间，将铜丝下压，按图4所示，重复上述步骤，绘制曲线2（如图5所示）。

4 实验数据及结论

根据图像和资料，学生明显发现：本实验中锥形螺旋状铜丝下压，温度明显下降，说明铜丝具有良好的导热性，能将热量很快散失，使温度降到酒精的着火点以下。

同时本实验中铜丝经过处理（将直径1.2 mm左右铜丝绕成15～20圈，圈间隙约0.5 mm，总高25～30 mm的锥形螺旋状）对气流流动也会产生影响：废热气流受冷却后不再快速上升，堵在火焰上方，使新鲜空气难以补充上来。

综上，多种因素共同作用，最终使酒精灯熄灭。

5 问题的启示

（1）生产生活中散热架、电脑CPU散热器等都是利用铜丝良好的散热性能而达到防火防爆的，引导学生多观察生活，理论联系生活，才能加深对知识的理解，如通过本实验对灭火的原理有了更好的认识。

（2）科学实验是与技术的进步密切相关的。有些问题受到传统实验条件的约束，无法解释，借助DIS数字实验技术，能使问题得到很好的解决，如本实验中关于酒精灯火焰温度变化的问题。

随着DIS实验技术的逐渐普及，在化学实验教学中，引入数字实验，不但可以提高实验教学效果，还可以革新中学化学实验的内容，拓展实验方法，节省实验时间。同时让学生在“做科学”的探究实践中解决学习中的问题，培养思维能力和实践能力也是新课标“让学生更多的机会主动地体验科学探究的过程，在知识的形成、相互联系和应用过程中养成科学的态度，学习科学的方法”的基本理念[3]。

参考文献：

[1]钱扬义，陈国泉.酒精灯火焰温度外焰最高吗[J].化学教育，2006，（7）：52～54.

[2]人民教育出版社. http：//www.pep.com.cn/czhx/xshzx/ tbxxzy/xjsh9s/dqdy/xyshpin/201008/t20100826_745125.htm.

[3]中华人民共和国教育部制定.全日制义务教育化学课程标准（2011版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011.