水的凝固和熔化实验的探究
1 问题提出 对水各版本介绍的实验效果的不够理想。另外，教材实际上并没有安排“水的凝固实验”，同学对晶体熔化和凝固会缺乏完整的认识。针对以上情况，本文提出用“冷库”和“均温”两种技术改进水的凝固和熔化的实验，在一节课的教学时间内把水的凝固和熔化两个过程的实验都做好。 2 实验研究 1．“冷库”制作：此处所说的“冷库”是用来吸收被研究对象热量，使被研究对象降温或相变的装置。将浓度大约为27％的盐水放入冰箱的冷冻室内数小时后，便可得到低于-5℃固液共存的冷冻盐水，将足够量的这样的低温盐水装在大的广口瓶里,存放在用泡沫塑料制作的隔热箱（利用仪器包装或搭建简易房的泡沫材料，依容器口径挖空，上下加盖即可）中，可保持数小时固液共存的低温。这样的存放冷冻盐水的装置就是理想的“冷库”。第一,能在试样结冰后降低到-5℃,做出完整的降温―凝固―降温曲线，升温―熔化―升温曲线,把晶体有固定的凝固点和熔点以及在凝固是要放出热量和在熔化是要吸收热量都能表现出来；第二,因为是固液共存，固体在熔化时要吸收大量的热量，使冷库保持低温的时间长；第三，还是因为固液共存，冷库和试样有良好的热接触，传热快。 2．先做水的凝固实验 在课堂上先做水的凝固实验，可以极大地激发学生的好奇心和积极性。因为绝大部分学生认为只有用冰箱或冰柜才可以制冰。在教室里没有这些设备怎么能制冰呢？他们感到新奇。 如图（a），取一只15mm×200mm的细试管，剪适量的金属清洁球放入试管的底部，约高50mm，将温度计的玻璃泡放入清洁球中部略下，再倒入适量的水，清洁球露出一部分。金属清洁球的作用是均温。因为水和冰都是热的不良导体，特别是在水结冰之后是不能搅拌的，金属丝的良传导作用使得试样的温度均匀，所以将在水中加金属丝的方法叫做“均温”。如图（b）所示，将试管放入装有冷冻盐水的透明容器中，试管靠近容器壁，拨开碎冰透过容器壁可以看见试管中水的凝固现象。这里示出一组实验记录（见表一），温度变化在5℃～5℃之间，并能清楚地观察到在凝固的过程中，样品的温度不变。根据实验数据利用计算机可以绘制出水的凝固图像（见图2所示）。 3．冰的熔化实验 接着，将已结冰的试管放进凉水中加热，同样能使学生清楚地看到在冰熔化的过程中吸收热量但温度保持不变，表二示出一组实验记录数据。两个过程用时10min多一些。图3是根据实验数据绘制的冰的熔化图像。 3 结论 1．利用盐水经冷冻制作的固液共存的“冷库”，保存、携带和使用都很方便，可以在课堂上只需几分钟，就能完成水的凝固过程。 2．在试管中放入金属清洁球均温增加冰的导热性，减少冰内外的温差，使得试样温度均一，温度计测得的温度能较好地反映试样的整体的温度，获得较好的实验效果。但是在实验中有时还会出现固液共存，而温度计的示数偏离0℃。说明清洁球的均温效果还不够理想，如用紫铜丝可能会更好。