探究液体的沸点与大气压强的关系

天津市滨海新区大港同盛学校 秦 婉

一、问题的提出

沸点与压强这两个物理概念，对于学习物理的学生来说一定不陌生，它们分别出现在人民教育出版社八年级物理的上下册中。其中，在人教版八年级上册第三章第3节汽化和液化这部分知识中，学生认识到了沸点，即各液体沸腾时都有确定的温度，我们称之为沸点。而大气压强的学习始于八年级下册第九章第3节。那么，液体的沸点与大气压强由怎样的关系呢？在课本第3节的最后，编者以一张高原边防哨所战士用压力锅煮面条的图片以及简洁文字语言，直接告知学生同一液体的沸点在不同气压下的温度值。那么对于刚接触物理的学生而言，很抽象，完全是当做一种结论或者概念死记硬背下来的。然而这种硬记下来的知识，部分同学会遗忘，部分同学会出现记忆混淆，难以掷地有声的说出沸点随压强的增大而增大的关系。

二、实验

针对以上的问题，同时也是为了提高教学效果，很多老师也设计了一些实验。例如，借用在八年级上册物理教材开篇“有趣有用的物理”中第一个演示实验就是“浇凉水法”演示液体沸点与压强的关系。这是一种较为简单、方便的方法。此法就是用凉水浇在装有接近100℃水并用瓶塞密封的烧瓶外表，使之立即降温而导致瓶内气压下降，从而使瓶内的水沸腾。这种方法，我们在实验室也亲自操作过。我们将盛有约占2/3体积的水的烧瓶放在垫有石棉网的铁架台上，下面用酒精灯加热。待水沸腾之后，将烧瓶离火，我们看到水会停止沸腾，迅速塞上瓶塞，用坩埚钳夹住烧瓶的瓶颈处，然后将烧瓶倒置在实验室水槽上方，迅速打开水龙头，让凉水从烧瓶上面浇下，我们看到原来已经停止沸腾的水又从新开始沸腾了。这种方法已为被很多老师所熟知。此法虽简单易行，但是也存在一些问题，实验时必须用刚停止沸腾的开水,因而课堂上必须使用炉具即时加热，这一过程要注意操作安全；加热的过程需要一段时间，在物理课时如此紧张的条件下，这也成了一个必要考虑的因素；同时，操作过程要迅速，以免散热太快，实验现象不明显。

通过降低烧瓶本身的温度可以减小瓶内的压强，我们也可以直接减小瓶内的压强，来观察沸点与压强的关系。在实验室中，我们在上一个实验的基础上，将烧瓶中沸腾的水迅速倒入广口瓶中，塞紧带有温度计和玻璃小管的橡胶塞，将玻璃管通过橡胶软管与微型台式真空泵相连接，开始对瓶内抽真空。理论上讲，瓶内的压强降低，那么我们是可以看到水再次沸腾的实验现象的。但是很遗憾，我们接连做了好几次实验，均没有看到理论上该有的实验现象。

对实验结果进行分析，我认为实验没有产生预期的结果主要有这样几方面的原因：在实验中，需要将烧瓶中沸腾的水倒入广口瓶中，然后才可以抽对其抽气，在这一过程中，水的热量散失很快；其次，广口瓶，以及广口瓶与微型台式真空泵接触的底座的温度都远低于瓶内的水的温度，这种温差导致两者之间发生热传递，即是迅速的抽气，但是还是赶不上热量散失的速度，同时从瓶塞上的温度计上我们也可以看到水温下降的很快，这就导致即是抽气降低了瓶内的压强，但是水还是没有沸腾的现象产生；第三，也有可能是微型台式真空泵的真空度太低，或者橡胶软管与玻璃管的连接不太好，气密性差，这些都导致实验达不到预期的现象。

三、改进

我们可以如下的改进：用附图所示的装置，以人工吹气作演示效果较好，如能由学生分组观察实验，则效果也很好。其优点是：①不用抽气机，而是用嘴含着橡皮管吸气或吹气，可以增加学生的实际感受与趣味性：②效果明显并可由温度计看到具体的度数，如吸气时，虽离火而已经停止沸腾的水却可再沸腾一段时间，温度降到100℃以下时仍可再沸腾。反之,水在灯焰上正急剧沸腾,大汽泡很多的情况下,用力向试管内一吹气,大汽泡立刻显著减少或暂时停止沸腾。如继续再加热并继续吹气,最后可见再次沸腾时沸点会高于100℃。一松口放气则沸点又恢复100℃；③可将试管直接放在酒精灯上加热,且水也只用很短的时间便可沸腾;④试管内汽泡变化情况清晰。在该实验中要注意这样几点：①装水的试管底部要放少量粗砂粒以防崩沸。②中间加一空试管以防热水吸入口内。③各个连接口注意保持气密性。这种改进主要是从实验取材方面考虑的，如果实验条件允许，那么完全可以用一些更加先进的实验仪器来进行实验，例如沸点与压强的高精度的分析仪，或者用压强温度的传感器等。

四、总结与反思

创新才能不断发展，要不断思考不断创新。方向和目标是贯穿整个实验的核心，只有明确方向，围绕这个方向努力下去，才可能有结果。创新点可以从很多方面确定，不一定是很高深很前沿的东西。确立了创新点之后就要开始整个实验了，可以先熟悉几次实验过程，再一步步认真研究。此时，一定要注意积累经验，能够提出大胆的猜测，并为之付出实践。用发散思维多方位的考虑，作出大胆的猜测，但要始终围绕创新点，不能偏离主题，也不能随意猜测，而要有根据有目的地做出假想，再一步步实践去验证自己的猜测。其实，每一个伟大的成就都是这样“平凡”地一步步得出来的。