冰熔化实验改进的尝试

陈建峰

摘要：冰熔化实验学生很难做好，主要问题是：一是把水放入电冰箱中可以制得块状固态冰，但温度计的液泡难以插入;二是秋季外界气温仍较高，学生无法观察冰熔化前吸热升温但保持固态不变的过程。而食盐水凝固点低于0℃，用它来储存冰，可以达到我们的目的。

关键词：冰熔化;食盐水;凝固点

中图分类号：G633.7文献标识码：A     文章编号：1992-7711（2016）04-080-1

物理学是以实验为基础的学科，实验是检验物理理论的标准。在学生建立完整的物理概念和导出正确物理规律的课堂教学中，实验是最活跃最具生命力的部分。实验能化抽象为具体，化枯燥为生动，简便明晰的实验能引导学生观察，并进行思考，对学生掌握知识、培养能力和学习科学方法有举足轻重的地位。如果在教学中教师能结合身边的、学生熟悉的物体来改进书本上的实验，就更能刺激学生的感观，使思维活跃起来;学生正确的掌握概念，加深对物理规律的认识，加强对知识的理解和记忆。

在苏科版8年级（上册）初二物理课本中，第二章第三节《熔化和凝固》一节中，通过让学生完成“冰和烛蜡的熔化”实验探究活动总结得出晶体与非晶体不同的熔化特点。该实验如果按照课本所示方案进行操作，即把碎冰和碾碎的烛蜡分别放入试管中，在冰块和松香中插入温度计，记下它们的初始温度，然后用水浴法对它们进行加热观察其温度与状态变化情况。在教学实践中我们发现，对于探究烛蜡的熔化特点，学生一般能顺利完成，得出正确的结论：非晶体没有一定的熔化温度。但冰的熔化实验，学生则很难做好。出现的问题是：一、把水放入电冰箱中可以制得块状固态冰，但温度计的液泡难以插入。二、学生难以观察到冰在熔化前吸热升温但状态保持不变这一物理过程，原因是秋季外界气温仍然很高，教师必须当堂把冰箱中取出的冰块逐份分发给每组学生，让学生迅速安装好实验装置开始实验。虽然这样处理，但此时冰的温度仍然不断升高，达到-2℃到-1℃已经快接近0℃，有的甚至已经开始熔化了。三、用酒精灯加热学生很难控制火候，在熔化过程，烧杯中的冰块尚未全部熔化，而此时冰水混合物温度并不保持在0℃不变，其温度已达到4℃～5℃，由于实验误差较大，学生对晶体的熔化特点就难以得出正确的结论，甚至会形成错误的概念。因为做好这个实验的难度较大。为了突破这些难点，我查阅了大量的资料，并通过反复实验，总结了一套较为可行、成功率较高的实验方法，即用冰盐水做速冻剂，优化实验。

不同浓度的盐水凝固点均低于0℃，盐水的凝固点，比重，比热等物理特性，随盐水的浓度变化而变化。盐水溶液的凝固点随着盐的浓度增加而降低，一直降低到冰盐合晶点，此点相当于全部溶液冻结成一块整的冰盐结晶体——冰盐合晶时的温度，此点是最低的冰点，浓度超过此点，反而使冰点上升。我做了实验如下：

含盐量越高，凝固点越低。相关公式为：T1-T2=kf*m。其中T1～T2为下降温度数，kf为溶剂的摩尔凝固点下降常数等于1.86，m为盐的质量摩尔浓度。

通过此实验得出的结论就可以优化冰熔化实验，具体做法如下：

第一步：制作冰盐水

按比例配比盐水，（1000g水和200g食盐，凝固点大概是-13℃）放入水槽中，再把该装置放入冰箱冷冻室，时间12小时左右，温度是-21℃，冰盐水已全部是固态。拿出放在室温下，过15分钟左右开始熔化，上层和周围开始熔化。

第二步：制作冰

在试管是中放2～3g水，把带有橡皮圈的温度计放入水中，并调整橡皮圈使液泡在水中的深度稍稍低于水面且不能碰到试管的底和壁。每支试管被铁丝网卡住，然后，把试管铁丝网装置竖直插入冰盐水中进行冷冻，如右图，使温度计的液泡冻结在冰块之中，冷冻好后即可把整个装置储存在电冰箱的冷冻室里。

第三步：实验

上课前20分钟，从冰箱冷冻室拿出整个装置，15分钟后盐冰开始熔化。把各试管分发给学生，开始时，它们的温度大约零下十几摄氏度，状态为固态。如右图所示，因为试管中的冰的量都比较少，所以无须用酒精灯来加热，只要利用周围的空气温来进行加热，或者用水浴法加热，温度开始逐渐上升，但状态不变。用时4～5分钟温度从-13℃升到0℃，就会看到冰开始熔化了，试管中先是有少量的水出现，（温度计尽量保持在冰内）但冰水混合物的温度保持不变，只有当冰全部熔化后温度才会逐渐升高。

该实验经过我们改进之后，与原实验方案相比其优点有：一、器材简单，可以省去酒精灯、铁架台等一套繁杂的实验装置;二、教师课前无须花费很多的时间准备大量的碎冰;三、可反复使用提高实验准备的效率;四、操作方便且可以保证很高的实验成功率和利用率，极大地提高课堂教学效果。