“水的沸腾特点”实验中的问题及改进

孔祥战

摘要：“水的沸腾特点”实验是研究液体沸腾时的特点，但在具体实验中往往会出现一些问题，或是与实验结果不符，或是实验现象不明显等情况，以至于影响学生对沸腾现象的理解。鉴于此，本文作者对该实验出现的问题作了简单的分析提出了一些改进方法。

关键词：水的沸腾 问题 改进

八年級义务教育初中《物理》教材（上海科学技术出版社）“水的沸腾特点”实验是研究液体沸腾时的特点，但在具体实验中往往会出现一些问题，或是与实验结果不符，或是实验现象不明显等情况，以至于影响学生对沸腾现象的理解。鉴于此，可对该实验作一些改进。

一、多次实验后水沸腾前气泡少不容易观察的问题

我们知道，水中能溶有少量空气，容器壁的表面小空穴中也吸附着空气，这些小气泡起汽化核的作用。当水被加热时，气泡首先在受热面的容器壁上生成。但是水对空气的溶解度及容器壁对空气的吸附量随温度的升高而减少。在实验中，由于各班轮流使用同一套器材进行分组实验，水多次沸腾后，水中能作为汽化核的空气逐渐减少，致使沸腾前产生的气泡减少而不容易观察到。因此，我们每做完一次实验，需要及时换水，这样下次实验，水在沸腾前后的气泡就比较明显了。

二、水长时间沸腾后的过热现象

水在容器中长时间沸腾后，继续不停地对水加热，水温已达到沸点以上，但水并不沸腾，这种现象称为过热现象。这也是由于长时间沸腾的液体中汽化核逐渐减少，甚至缺少汽化核，沸腾减弱。液体从外界吸收的热大于液体汽化散失，是液体温度升高到沸点以上，便产生过热现象。但液体的过热状态并不稳定，稍有扰动或加入少量的水，液体便会立即沸腾，使温度降低到沸点。因此，实验时我们可以加些碎瓷片来防止此现象的出现

三、水沸腾前后气泡大小变化的问题

由于水中溶有空气，受热膨胀体积增大，在液体表面张力作用下形成气泡。同时，水是热的不良导体，在热传递的过程中，当对水进行加热时，水的下部分先受热，温度升高，而此时水的上部分温度仍然较低。

水沸腾前（如图1所示），在气泡上升过程中，下面部分的水先受热，温度升高，于是有一部分水汽化成水蒸气，形成气泡，气泡所受到的浮力大于自身的重力，于是气泡上升。气泡在上升过程中逐渐变小，学生往往认为气泡变小的原因是：下部分的水温升高，但上部分的水温度仍然较低，在气泡上升过程中，气体受热胀冷缩影响明显，因此底部气泡在上升过程中逐渐缩小；其实，气体受热胀冷缩影响是次要的，这个观点不能解释为什么有些气泡在上升过程逐渐变小并且消失的问题。其主要原因是气泡遇到温度比它低的冷水，于是有一部分水蒸气放热，重新液化成水，所以气泡的体积也相应地变小了，甚至消失了；

而在水沸腾以后（如图2所示），气泡在上升过程逐渐变大，学生受八年级压强知识的影响，往往认为是气泡在上升过程中受压强的影响，越往上水的压强越小，气泡就会逐渐变大。其实这种观点是错误的。压强的减小对气泡大小的影响是很小的，其主要是由于加热时水发生对流，水的上下部分的温度都达到沸点，继续加热，与水沸腾前一样，有水汽化成水蒸气形成气泡上升。在上升的过程中，也不断有水汽化成水蒸气，于是许多气泡聚在一起，越积越多，从而其体积变大。最后，当气泡升到水面时裂开，放出大量的蒸汽，此时杯内的水上下翻腾，这就是沸腾现象。因此，在教学中对于气泡大小的变化的情况，我们还是应该从物态变化的角度来解释这种变化。

四、由硬纸板带来的一些问题

在实验中，为了缩短实验时间，通常我们在烧杯上加盖硬纸板，但在实验中也带来了一些问题：首先，加盖硬纸板增大了烧杯中的气压，使水的沸点较常压时高2～3℃，且有边沸腾边升温的现象。其次，在实验中学生如果掀起了硬纸板，会导致烧杯中的气压降低，沸点也随之降低，而出现温度忽高忽低的情况。若不盖纸板，则加热时间太长，且在水沸腾时，由于大量水蒸气在温度计的玻璃棒上液化放热，使读数较正常值高1～2℃。我的做法是：在烧杯上加盖纸片，当水温升至95℃时，将纸片上移，既不封住杯口，又防止水蒸气在玻璃棒上液化，效果很好。

五、沸腾前后声音响度变化问题

个人认为在分组实验中对于沸腾前后声音响度变化的问题，不要作为学生观察一个现象。学生分组实验，环境比较嘈杂，而水沸腾前后声音响度的变化比较细微，不容易分辨。在教学中，沸腾前后声音响度变化问题可以作为课下的实践作业，让学生在家完成。