蜡烛熄灭顺序及原因探索

崔 伟

(扬州中学 教育集团 树人学校,江苏 扬州 225001)

蜡烛熄灭顺序及原因探索

崔 伟

(扬州中学 教育集团 树人学校,江苏 扬州 225001)

针对苏科版物理教材上“哪支蜡烛先灭”问题，在无液封、用水封和用油封3种条件下，分别观测并记录了小、中、大及球形玻璃罩内几种不同长度蜡烛熄灭的先后顺序，并由此分析了影响蜡烛熄灭顺序的原因.在相同密封程度下，蜡烛的熄灭顺序不仅跟玻璃罩的大小有关，还与形状有关；形状不同比大小不同造成的差异更大；在液封条件下，较小的玻璃罩内的蜡烛按照由高到低的顺序熄灭，较大的玻璃罩内中较矮的蜡烛容易熄灭，且密封性越好效果越明显；底层蜡烛受到密封程度的影响更大.

蜡烛;熄灭;探究实验

“哪一支蜡烛先灭？”是苏科版物理教材八年级[1](上册)引言中的一个探索性实验.这个问题对应的另一个问题是：为什么要贴着地面逃离火灾现场？这2个问题的本质都是探讨燃烧时空气中二氧化碳的分布和变化.为了深入分析这类问题，笔者设计了不同的实验条件，通过观测在不同条件下蜡烛熄灭的顺序来分析二氧化碳的分布及变化，从而揭示其规律.

1 实验方案

1.1 器材准备

实验器材主要包括：长度分别为3，5.5，8，10.5，13.5 cm的蜡烛12套(长度根据实验中所用的玻璃罩的高度而决定)，打火机或火柴，大、中、小玻璃罩各1只(内径分别为14.5，11.5，8.5 cm；高分别为20，22，18 cm)，球形玻璃罩1个(口内径21 cm，腹部最大直径29 cm，高16 cm)，食用油，自来水等.

1.2 方案设计

由于影响蜡烛熄灭顺序的原因较多[2]，为探明各种影响因素的作用，本实验采用控制变量、对比分析等方法探究了蜡烛熄灭的原因.实验分无液封、用水封和油封3种情况，每种情况分小、中、大和球形玻璃罩4组，每组做2次以上实验，每次均取长短不同的5根蜡烛同时点燃，再盖上玻璃罩，观察并在设计好的表中记录蜡烛熄灭时间.

1.3 探究准备

将5支长度分别为3，5.5，8，10.5，14.5 cm的蜡烛，分别固定在玻璃板上，倒入适量水或油，点燃蜡烛，罩上玻璃罩，观测现象并记录蜡烛在玻璃罩内熄灭的时间.

2 对比分析

记录的数据如表1所示，表中蜡烛熄灭时间为t，观察的现象如图1所示.

表1 实验结果

根据表1中记录的数据分别画出5支蜡烛在不同密封条件下、在不同玻璃罩内燃烧的时间随其长短变化的图像(如图2所示),并由图像中提供的信息进行对比分析.

图1 实验现象

(a)无液封 (b)用水封 (c)用油封图2 实验对比图

2.1 玻璃罩底部无液封

1)实验现象

扣上小玻璃罩后约2 s，13.5 cm，10.5 cm和8 cm的蜡烛很快熄灭，7 s时5.5 cm的蜡烛熄灭，9 s时3 cm的蜡烛开始变暗，但在11 s又奇迹般地亮了，直到13 s才熄灭.换成中玻璃罩后约4 s，10.5 cm和8 cm的蜡烛熄灭，接着13.5 cm的蜡烛也熄灭，9 s时5.5 cm的蜡烛熄灭，3 cm的蜡烛持续到15 s熄灭，基本上是越高的蜡烛越容易熄灭.换成大玻璃罩后5 s，中间高度的10.5 cm蜡烛先熄灭，6 s时8 cm的蜡烛熄灭，8 s时13.5 cm的蜡烛熄灭，17 s时5.5 cm的蜡烛熄灭，3 cm的蜡烛则在24 s才最后熄灭，即中等高度的蜡烛先熄灭.换成球形玻璃罩后约21 s时，3 cm和5.5 cm的蜡烛似乎要同时熄灭.但就在3 cm的蜡烛即将熄灭的瞬间，5 cm的蜡烛却先熄灭，并引发3 cm的蜡烛重新旺盛起来.此后22 s前后出现了奇特的现象：3 cm的蜡烛先变暗，但随着8 cm的蜡烛熄灭，3 cm的蜡烛又一次复燃，25 s时13.5 cm的蜡烛熄灭，26 s时10.5 cm的蜡烛熄灭，再经过2 s，3 cm的蜡烛才最后熄灭.

2)分析论证

无液封的小号和中号的玻璃罩，得到的结果均是长蜡烛先灭.长蜡烛先灭说明玻璃罩内蜡烛燃烧产生的二氧化碳首先集中在玻璃罩内的上部.但大玻璃罩的空间大，二氧化碳迅速冷却而下沉，使得短蜡烛先灭.而且当短蜡烛变暗时，玻璃罩内的空气温度降低，使得外面的空气带着氧气从密封不太好的底部钻进玻璃罩内，首先给最矮的蜡烛供氧而维持燃烧，玻璃罩下口的密封性影响了实验的结果.

2.2 玻璃罩底部用水封口

1)实验现象

用水封住小玻璃罩后，中间的5.5 cm，8 cm和10.5 cm蜡烛在2 s左右几乎同时熄灭，3 s后13.5 cm的熄灭，3 cm的坚持到9 s熄灭.蜡烛熄灭时会有大量气泡涌进玻璃罩内.中玻璃罩扣上5 s后，10.5 cm的蜡烛先熄灭，6 s时13.5 cm的蜡烛熄灭，7 s时8 cm的蜡烛熄灭，9 s时5.5 cm的蜡烛熄灭，3 cm的蜡烛则持续到18 s才熄灭.大玻璃罩扣上4 s后，10.5 cm的蜡烛先熄灭，接着是13.5 cm和8 cm的蜡烛，几乎同时熄灭，然后3 cm的蜡烛熄灭，5.5 cm的蜡烛却是最后熄灭.球形玻璃罩扣上5 s后，15.5 cm的蜡烛熄灭，21 s时13.5 cm的蜡烛熄灭，34 s时3 cm的蜡烛进入熄灭状态，但到36 s时，3 cm和5.5 cm的蜡烛才一起熄灭.40 s时10.5 cm的蜡烛熄灭，8 cm的蜡烛43 s才最后熄灭.

2)分析论证

水封的小号和中号的玻璃罩，得到的结果均是长蜡烛先灭，而且时间很短.大号和球形玻璃罩内蜡烛熄灭的顺序有错乱的现象，中等长度的蜡烛反而先灭，说明二氧化碳分布在玻璃罩中部的成分偏多.在蜡烛熄灭的过程中，玻璃罩内不断有气泡出现，表明用水封口还不能完全防止玻璃罩内外之间的气体相互流通.

2.3 玻璃罩底部用油封口

1)实验现象

用油封住小玻璃罩后1 s，13.5 cm和10.5 cm的蜡烛先熄灭，2 s时8 cm的蜡烛熄灭，5 s时5.5 cm的蜡烛熄灭.玻璃罩内的油面逐渐上升，特别是最后一支蜡烛熄灭后，油面迅速上升，几乎将5.5 cm的蜡烛整个淹没.中玻璃罩在4 s时13.5 cm的蜡烛先熄灭，5 s时10.5 cm的蜡烛熄灭，5.5 cm的蜡烛也很快熄灭，但8 cm的蜡烛却持续到20 s才熄灭.大玻璃罩内13.5 cm的蜡烛2 s后先熄灭，10.5 cm的蜡烛在5 s熄灭，5.5 cm的蜡烛在13 s熄灭，最后熄灭的是8 cm的蜡烛.球形玻璃罩由于体积较大，直到28 s，13.5 cm的蜡烛先熄灭，5.5 cm的蜡烛则以非常微弱的火势坚持了4 s后熄灭.41 s时10.5 cm 的蜡烛熄灭，8 cm的蜡烛坚持到43 s才熄灭.

2)分析论证

如图3所示，油封玻璃罩后其密封性增强了很多，二氧化碳的运动完全取决于玻璃罩的大小和形状.在小玻璃罩内清楚地表现为蜡烛越高的越先熄灭，表明二氧化碳开始时处于顶端.中号、大号和球形玻璃罩内中等高度的蜡烛并不容易熄灭，表明二氧化碳首先上升，碰到玻璃罩的壁后迅速冷却，然后沿着玻璃壁向下运动.

图3 不同形状玻璃罩内二氧化碳气体流动情况

3 结 论

蜡烛的熄灭顺序不仅跟玻璃罩的大小有关，还与形状有关，形状比大小对实验结果的影响更大；更与密封程度有关，在液封条件下，较小的玻璃罩内的蜡烛按照由高到低的顺序熄灭，较大的玻璃罩内中矮蜡烛容易熄灭，且密封性越好效果越明显；底层蜡烛受到密封程度的影响更大.二氧化碳在玻璃罩内的分布是影响蜡烛熄灭顺序的直接原因.瘦高型玻璃罩内二氧化碳最先分布在玻璃罩的顶端，使较高的蜡烛先熄灭；比较宽敞的容器内，二氧化碳从顶部沿着内壁迅速冷却下沉，使得处于较高和较矮的蜡烛先熄灭，而中间高度的最后熄灭.

致谢：感谢树人学校九龙湖校区8年级4班学生包昕玥为本文提供详实的实验数据.

[1] 刘炳昇.义务教育课程标准实施教材·物理(8年级上册)[M].南京：江苏科技出版社，2012.

[2] 崔伟.关于蜡烛熄灭先后实验的探讨[J].中学物理教学参考，2013(6):64-66.

[责任编辑：尹冬梅]

Exploration on the order and reason of candle extinguishment under different conditions

CUI Wei

(Shuren School of Yangzhou Middle School Education Group, Yangzhou 225001, China)

Aiming at the question of which candle extinguishes first, a series of experiments were designed under conditions of no seal, water seal and oil seal.The extinguishment order of candles with different lengthes in diffirent glass covers was recorded.From the experiments, we could draw these conclusions: firstly, the extinguisment order of the candles was related not only to the size, but also to the shape of the glass covers.The difference caused by the shape of the glass covers was bigger than that caused by the size.Secondly, the order of extinguishment of the candles was from higher ones to lower ones in smaller glass covers, however, in bigger glass covers, the lower candles were more easy to extinguish.Lastly, the bottom candle was easily influenced by the seal condition.

candle; extinguish; exploration experiment

2017-01-14

崔 伟(1969-)，男，江苏扬州人，扬州中学教育集团树人学校特级教师，硕士，从事中学物理教学工作.

G633.7

A

1005-4642(2017)05-0058-04