初中物理创新实验

梁永鸿

摘要：人教课标2011版初中物理教材中缺少液化放热实验，笔者通过查阅其它教材也发现液化放热实验设计不够严谨。本文通过创新的实验设计，改进已有实验，定量探究热化放热，为理论知识提供实验支持，取得更好的教学效果。

关键词：液化放热;定量探究

一、研究背景

对于‘液化放热’这个知识点，人家课标2011版初中物理教材是这样叙述的：‘液体汽化时要吸热，与此相反，气体液化时要放热。烧水、做饭的时候，水蒸气引起的烫伤往往比开水烫伤更严重，这是因为水蒸气和开水的温度虽然差不多，但是水蒸气液化的时候还要放出大量的热。’教材通过‘汽化吸热’推导出‘液化放热’，这样得出的结论缺乏实验支持，不够严谨。

笔者通过研究其它版本教材时发现它们对于‘液化放热’实验处理都有一个共同的缺点：实验设计不够严谨。以下表格是3个版本教材的实验处理。

如果严谨去探究的话，上述3个实验只能证明‘水蒸气遇冷液化’，并不能证明‘液化放热’，因为它们都忽略了一个关键因素——热传递。在一个标准大气压下，水沸腾产生的水蒸气有100℃的高温，如果它遇到相对较冷的物体，不需要水蒸气液化放出热量，仅通过热传递也能使该物体升温。我们知道最终物体升温是‘水蒸气液化放热’和‘热传递’共同作用的效果，那我们该如何排除‘热传递’这一干扰变量的影响，得出‘液化放热’的实验结论呢？

二、改进‘液化放热’实验

为了能严谨地探究液化放热现象，并且排除热传递对实验的影响，笔者设计了以下实验。

1、实验装置和实验器材说明

实验器材：铁架台、酒精灯、石棉网、平底烧瓶、软胶塞、止水夹，玻璃管、带刻度的烧杯、温度计、升降台、食用油、水等。

实验装置图是在沸腾实验装置图上加以改进的，平底烧瓶的活塞上连两根玻璃管，置于烧瓶内，其中玻璃管①没入水中，用于输出沸水，玻璃管②用于输出水蒸气，两根玻璃管向外分别连入两个规格相同的烧杯中，玻璃管②连入到烧杯②的底部，玻璃管①连入到烧杯①的中部，两个烧杯中装有等量常温的食用油（22℃）。，两根温度计分别插入两个烧杯中，测量食用油的温度。

2、实验过程

① 关闭水蒸气阀门和沸水阀门，打开排气阀门，用酒精灯给烧瓶加热，使烧瓶内的水沸腾。

② 水沸腾后，关闭排气阀门，烧瓶内气压升高，此时打开沸水阀门，沸水通过玻璃管①进入烧杯①，烧杯①通入约20ml沸水后，关闭沸水阀门;然后打开水蒸气阀门，水蒸气通过玻璃管②进去烧杯②，遇到温度较低的食用油后液化，收集20ml的液化水。

③ 关闭水蒸气阀门，打开排气阀门，撤去酒精灯，停止加热。

④ 待烧杯内温度计示数稳定后，读出两温度计的示数。

3、实验现象和数据分析

烧杯①和烧杯②内出现油水分层，密度较大的水在下方，密度较小的油在上方，其中烧杯②的水是水蒸气液化后形成的水。实验中测得烧杯①（直接通入沸水的烧杯）中油的温度为40°C，烧杯②（通入水蒸气的烧杯）中油的温度为83°C，由于水蒸气和沸水温度相近（约100°C），烧杯①中油升高的温度Δt1=18℃，烧杯②中油升高的温度Δt2=61℃。通过这组对比实验可以排除热传递的影响，得出‘液化放热’的结论。

实验过程中还观察到与‘水的沸腾实验’不同的现象：在‘水的沸腾实验’中，气泡由下往上升;而在‘液化放热’实验中，气泡在油中先上升，后下降。

4、实验装置创新点

创新点①：本装置能排除热传递这一干扰因素的影响，通过排气阀门、沸水阀门、水蒸气阀门的开关，控制烧瓶内气压，从而控制通入烧杯的水蒸气和沸水的量。

创新点②：不同版本的教材中的实验都是使水蒸气在冷水中液化，液化水的量比较少，现象不明显，而本实验烧杯中装有油，由于油和水不相溶，油的密度小于水的密度，所以实验中能观察出明显的油水分层，使水蒸气液化的现象更有说服力。

创新点③：实验时，在烧杯②观察到气泡在油中先上升，后下降，因为水蒸气的密度比油小，形成气泡在油中上升，但上升过程中，水蒸气遇到冷的油逐渐液化成水，密度慢慢变大，最终在密度大于油的密度时下降。

三、总结

本实验严谨地探究了液化放热现象，排除了热传递对实验的干擾，但实验器材较多，实验过程较复杂。在实际教学中，教师可以设计一个课时的探究课，以‘如何证明液化放热？’为引子，在探究水的沸腾实验的基础上改进实验，引出本实验。此外，本实验亦可用于探究汽化现象、液化现象。

参考文献

[1]孙伟河.液化是放热的吗[J].中学物理教学参考，2017，46（11）：67-69.

[2]张晓辉.初中物理演示实验创新设计的几点思考[J].教育实践与研究，2015，30：65-66.