初中物理实验的改进

黄振克　陈泽宁

摘要：在初中物理教研活动的过程中，逐步发现物理教科書有些实验是需要改进才能适应当前教学的需要。本文以区分水蒸气与小水珠实验和水沸腾实验这两个实验为例来谈谈实验改进的做法以及所达到的效果。

关键词：初中；物理实验；改进

初中物理实验在教学中占有重要的地位，实验的成功与否决定着课堂教学质量的高低。

笔者在参与初中物理教研活动的过程中，逐步发现物理教科书有些实验是需要改进才能适应当前教学的需要。下面谈谈对课本两个实验的改进。

1区分水蒸气与小水珠实验

在人教版八年级上册第三章《物态变化》的教学中，学生对水蒸气与小水珠很难区分，如增加如下的探究实验，就能抓住它们的特征，容易区分开来，下面谈谈这个实验的做法：

1.1实验设计：

大量的水蒸气在空气中液化时，常呈现一团“白气”状，“白气”常被学生误为水蒸气。通过实验使沸腾的水变为水蒸气在空气中受冷，降低温度，便可以液化，形成“白气”。再通过比较“白气”和水蒸气的颜色、形态、发生部位的不同，就可以知道“白气”不是水蒸气，而是水蒸气液化成的小水滴飘浮在空气中。如果提高“白气”处的温度，“白气”便不再发生，由此知道“白气”是水蒸气在“降低温度”的条件下液化成的。

1.2实验器材：

平底烧瓶、铁架台、铁环、烧瓶夹、酒精灯、石棉网、单孔胶塞、弯成直角的玻璃喷管、方木块、火柴。

1.3实验步骤：

（1）在烧瓶内盛少半瓶水，用插有直角玻璃喷管的胶塞塞紧瓶口，把烧瓶固定在铁架台上，用酒精灯加热。水沸腾后。可见从喷管的尖嘴喷出“白气”。

（2）仔细观察“白气”发生的部位，可以发现“白气”不是紧靠喷口，而是在喷口外大约1.2cm处。在紧靠喷口部位、喷管内、烧瓶内都没有“白气”，这些部位都是无色、透明的。由此可知“白气”不可能是水蒸气，只能是由喷出来的水蒸气变成的（图1）。

（3）用酒精灯火焰加热“白气”，“白气”顿时消失（图2）；撤掉酒精灯，“白气”又重新发生。可见“白气”是水蒸气在空气中温度降低时液化成的。

1.4实验结论：

（1）“白气”看得见，而“水蒸气”看不到。

（2）“白气”是水蒸气遇冷液化成的小水珠，是液体，而“水蒸气”是气体。

2水沸腾实验

2.1水沸腾实验的重要性

沸腾是物态变化的一种方式。初中物理教材中的学习内容是要求通过探究水的沸腾实验来观察水的沸腾现象，从而理解沸腾是液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象，从而理解沸腾是液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象，并将探究实验记录的数据进行分析、归纳得出水沸腾时的温度特点。通过这样的探究活动，不断激发学生的学习兴趣和对科学的求知欲望，并乐于探索自然现象，乐于了解日常生活中所接触的物理道理。

2.2课本实验的不足

在人教版八年级物理第三章第三节汽化和液化中有一个观察水的沸腾实验。实验装置如图3所示，它由铁架台、温度计、纸板、盛水烧杯、石棉网、酒精灯组成。因为烧杯是不能直接用酒精灯加热，所以烧杯底一定垫有石棉网。点燃酒精灯后，酒精燃烧放出热量，这些热量有一部分通过金属石棉网传到烧杯后再传到烧杯中的水，但由于金属石棉网上的石棉导热能力远比铁丝网小，热量由铁丝网直接向铁圈传导的速度快（若环境温度低，铁圈和铁架台向外散发的热量越多），因此石棉网与烧杯接触的一面的温度不高，因而传给烧杯的热量也相应减少，再加上酒精灯的火焰向空气以辐射等方式传递热量，导致在热传递过程中热量损失很大，水的温度上升也不快，要完成实验的确需要花很长的时间。有一次听课，看见上课老师在较低的温度环境下做这个实验，为了缩短实验时间，利用热水来做实验，调整酒精灯的灯芯长度，使酒精灯的火力达到最大状态。虽然这样，尽管酒精灯不断加热，但由于这时的实验环境温度较低，热量散失的总量比酒精灯放出的热量还要多。因而导致温度计的示数处于不断下降的状态，实验以失败而告终。

在评课时与老师们一起讨论和总结，这个实验失败的原因有如下四点：

（1）在热传递过程中，由于实验环境的温度较低，散失的热量过多。

（2）酒精灯的灯芯长度不当，导致酒精灯的火力不大。

（3）烧杯装的水过多，导致热量散失过多，加热时间过长。

（4）石棉网对热量的传递有阻碍作用，导致热量散失严重。

因此，针对以上的原因，有必要对该实验进行改进。

2.3对课本实验的改进

通过分析研究，提供以下两种改进方案。

方案一：

用一支较短的大试管来代替烧杯做实验，这样既可以省去石棉网，又可以少装一些水，减少热量的散失，缩短加热时间。如图4所示，温度计上套了三块塑料泡沫片，其中放入试管内的两块塑料圆片的直径略小于试管内径，最上面的一块是塑料泡沫方片，这块塑料泡沫方片以及两塑料泡沫之间的空气是热的不良导体，大大减少了热的散失。并将套了塑料泡沫圆片的温度计插入盛水的试管中，这样确保温度计的玻璃泡既不触及试管壁又不碰到试管底，这样设计可以有效防止水的热量散发到空气中去，然后用酒精灯直接对试管加热。这种设计使热量在传递过程中散失较少。另外试管中盛的水比较少，只需要3～4分钟试管中的冷水（不需用热水）就会沸腾，这种设计既省时又便于操作和观察，效果相当理想。

方案二：

课本实验的不足，关键的问题是酒精灯供热的功率小，热量散失较多，导致实验效果差。要解决酒精灯供热功率小的问题，我尝试过用大功率的电热管来代替酒精灯进行供热。选择一个厚烧杯，利用玻璃钻嘴在烧杯的底部适当位置打两个孔，装上大功率电热管，接好电源线，按图5那样组成实验装置，烧杯装上适量的水，这样设计可使热量从电热管直接传递到水中，散失较少，加上电热管的电功率较大，所以接通电后2～3分钟，烧杯的冷水就会沸腾，效果十分理想。但要注意在实验过程中，不能用手接触烧杯内的水，预防电热管漏电而触电。这种方法要在老师的指导下才能去做，预防出现事故。

这两种改进方法的实验，都能使学生直接观察到水沸腾的现象：沸腾时水底形成大量的气泡，并且不断上升，变大到水面破裂。并通过实验数据分析，知道沸腾是在一定温度（沸点）下发生的。实验时还可以移开酒精灯或关闭电源停止加热，让你们看到水的沸腾停了下来，再次加热，又看到水再次沸腾起来。

不断改进课本的实验，既能提高实验效率，又能发现物理实验的有趣和价值，更能培养大家善于观察和思考的习惯。endprint