对物质的熔化学生分组实验的改进

马贤荣　王丽萍

摘 要：本文主要是在实际教学的基础之上，通过对实验装置、实验操作和数据记录、数据记录表格和坐标图的改进，保证了海波、冰、石蜡的熔化学生分组实验的正常进行。

关键词：熔化；凝固；实验的改进；分组实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）4-0056-3

1 引 言

初中物理科学探究教学中，“熔化与凝固”的实验探究在课堂中往往会遇到很多实验上的困难。因为晶体在凝固时会出现当液体的温度已低于凝固点而液体仍不凝固的过冷现象，所以在初中物理课堂教学中不得不放弃海波凝固的学生分组探究实验，主要研究物质的熔化。笔者在教学中经过近百次的实验之后，对实验进行了一些改进，在保证实验效果的同时缩短了实验的时间，为课堂的完整性奠定了基础，提高了课堂教学的效率。

2 实验装置的改进

在沪科版教材中，“熔化与凝固”是安排在九年级进行教学。在之前已经学习过温度和温度计、物质存在的三种常见状态和物态变化等内容，为物质的熔化与凝固奠定了知识基础和实验操作基础。沪科版教材中的实验是研究冰和石蜡两种物质的熔化，而在人教版教材中的实验则是研究海波和石蜡两种物质的熔化。在教学中，笔者则因教学设计而在课堂中完成了冰、海波和石蜡三种物质的熔化实验。

对物质熔化实验的改进主要体现在以下几个方面：

2.1 海波和石蜡熔化的实验器材和装置

由于在实验操作过程中，普通温度计存在着实验触碰到试管壁导致实验误差变大。另外，由于本实验需要读取的数值较多，学生在读数时会有一些困难，容易出现读错的情况。所以，在实验中放弃普通温度计，采用TM902C式数字温度计。TM902C数字式温度计配有两种感应器件，一种是探针，一种是热电偶感应器。刚开始的实验中采用了探针进行实验，发现如果试管里药品较少，则会导致温度计探针部分露在物质外，使得读数不准确。而如果药品较多，则熔化的时间较长，影响课堂时间。所以，在实验中也放弃使用探针，改用热电偶感应器。为了保证热电偶感应器的感应探头不触碰试管壁与底，又要让其与物质充分接触，笔者向街边卖烤肉的人要了几根竹签，将探头固定在竹签上插入试管能很好地保证既不触碰试管又能很好地与物质充分接触。

海波和石蜡的熔化实验器材和装置相同，即铁架台、酒精灯、石棉网、烧杯、试管、温度计、保温杯。试管规格选用内径12 mm的。这是因为如果试管内径较大所装的药品会相应要多一些，实验的时间也会相应变长。试管里装入4 cm长研碎的药品。烧杯选用250 mL规格，所倒入的水量在200～250 ml之间。烧杯太大，需要装入的水量就会较多，实验的时间也就长；烧杯太小，既会影响实验现象的观察，还会使水温升高得较快，导致物质熔化较快，晶体熔化温度保持不变的特点在图像中体现不明显。

在实验装置方面，由于思维的惯性，总是把数字温度计的读数器固定在铁架台的高处，实验中学生需要站着才能看到数字显示屏。后来将数字温度计的读数器固定在铁架台的下面，略微倾斜一点，让学生坐着也能方便地读出示数。

2.2 冰的熔化实验器材和装置

由于冰的熔点是0 ℃，在室温下的熔化实验中无需要用酒精灯加热，只需要将装有冰的试管放入冷水中即可。因此，冰的熔化实验器材和装置与海波的熔化略有不同。冰的熔化实验需要用到的器材是数字式温度计、大烧杯、试管、木夹。

在实验前，先将碎冰装入试管，再将试管插入到用浓盐水制成的冰里保持低温，实验时将试管放到大烧杯的冷水里，随即开始记录温度。

2 实验操作和数据记录的改进

首先，对学生进行合理的任务分工。学生分成四个人一个小组，1人读数，听到闹钟提示音后报出温度计示数；1人观察物质在熔化前、熔化中和熔化后的状态并保证温度计的感应探头不触碰到试管；1人记录；1人把各时刻对应的温度值在坐标图上描点画线。

为了让试管里的物质受热均匀，采用水浴法加热。如果往烧杯里加入冷水，则需要等待水温慢慢上升，这段时间较长，所以现在改用保温杯保存温水的方法。即在实验前在保温杯里将水温调制在适当的温度，实验开始时将其倒入铁架台上的烧杯里，点燃酒精灯开始加热，可以很快地让试管内的物质开始熔化，从而大大缩短了课堂实验的时间。保温杯里的水温具体多少度需要视保温杯的保温性能和实验地的气压、气温决定。如在昆明，室温为20 ℃的情况下，经过准备时间和课堂引入时间，再将温水倒入烧杯的过程中，会有热量的损失，所以用在海波熔化实验中的水温调节到45 ℃较为适宜，用在石蜡的熔化的水温调节到55 ℃较为适宜。

物质的熔化实验需要记录的物理量是温度和时间，即每隔一段时间记录一次温度。如果记录温度的时间间隔过长，可能在记录时间间隔内物质就已熔化完，晶体熔化时温度保持不变的特点很难显示出来。记录温度的时间间隔太短，则会加大学生的记录量、数据分析处理和描点绘图的困难，也会因此而占用更多的时间。所以，记录温度的时间间隔在20秒为宜。另外，计时器用秒表或者停表，学生很容易误操作，引起时间间隔不一的情况。于是改为用电脑小软件进行全班提示，学生只需要听到提示音就记录数据，免去了学生误操作和读错的情况。

3 数据记录表格和坐标图的改进

为了提高课堂的效率，在课前老师设计好记录数据的表格和建立适当的坐标系。

坐标系因物质的不同而有所不同。

在实验中，一位学生记录数据的同时，另一位学生在坐标系中同步描点，数据记录完后坐标系中的点也描完，只需要很短的时间就可以用光滑的线将点连接起来。然后，将坐标图粘在学生的实验报告单上，小组同学进行分析与论证之后准备汇报。

下面例举几例学生实验的数据记录（表1～3）及所作的图像（图1～3）。

4 误差分析

从数据记录及图像来看我们的测量结果与理论值存一定的误差，特别是冰熔化的数据和图像。

在标准状况下（一个标准大气压，纯水）冰的熔点是0 ℃。我们在昆明中学的物理课堂做冰的熔化实验，不能满足标准状况。另外，实验很可能存在其他误差，这一点是应该向学生说明的。

5 总 结

物质的熔化实验是初中物理教学中实验时间较长，也是较难完成的一个实验。如果不对实验进行改进和创新，在一节四十分钟的课堂里是不可能让课堂教学的环节完成的。实验的创新和改进主要在晶体熔化时温度保持不变特点的显现和实验时间的控制两个方面。通过实验装置的改进可以让晶体海波熔化时温度保持不变的特点很好地表现出来；通过实验的操作改进和数据处理的改进，如用保温杯保温需要加热的水、将记录数据和作图分开同步进行等，可以省去一些时间，从而可以将学生分组实验控制在10到12分钟之间。这样可以课堂教学的其他环节赢得时间，也不至于让课堂在烧水的等待中耗去，为课堂效率的提高奠定了实验基础。

参考文献：

[1]张仪成.让“物质熔化和凝固”实验真正成为学生的随堂实验[J].物理教学探讨，2009，（4）：21.

[2]吴爱华.探究物质的熔化和凝固的实验改进[J].物理通报，2012，（11）：81.

（栏目编辑 王柏庐）