晶体熔化实验的改进

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物理学是一门以实验为基础的学科，物理实验对理解和掌握物理概念和规律，对物理知识的巩固和运用有着重要的作用。利用物理实验，最大限度地调动学生自主学习的积极性和主动性，使学生学习物理的兴趣由最初的好奇，发展为长期的乐学。

初中物理实验“晶体的熔化与凝固”，是一个常常令许多教师头痛的实验。因为实验的关键是要通过实验现象，让学生直观地感受固态晶体吸收热量，温度逐渐升高，达到熔点时，虽然继续吸热，但温度保持不变，直到完全熔化为液态，温度才继续升高。这样，根据所记录的实验数据，可画出晶体熔化图像（如图1），揭示出晶体熔化过程中吸热，

但温度不变的规律。学生由此在知识、能力、过程三方面完全达标。遗憾的是，实验中很难做出图1中的BC段，即温度不变的过程，一般都做成图2所示的过程：晶体与非晶体的熔化过程几乎完全一样。

之所以会出现上述状况，笔者认为是没有找到适用于学生实验的合适的晶体材料。上世纪八十年代，一般用萘做此实验：萘的熔点为80℃，用酒精灯隔水加热使萘升温。这个实验的弊端为：一是北方较冷，升温较慢，有时1节课过去了都熔化不了；二是萘蒸汽对人体有一定的毒害；三是萘粉的纯度、萘的物理性质（萘是热的不良导体）的影响，实验中很难看到晶体熔化而温度不变这个过程。到了上世纪九十年代以后，开始改用海波做此实验，好的是海波熔点不高不低，是48℃，对人体也无不良影响，实验较快，清洗也方便，可就是最关键处没有优势，与萘一样，晶体熔化吸热而温度保持不变的过程不明显。

鉴于以上原因，我开始思考改进此实验。经过多年的教学实践，最终采用冰来做这个实验，叙述如下：

第一轮实验尝试，在学生烧杯中准备45℃的水，用来加热装冰的试管，结果24个实验组，完全成功的只有3个组，比较成功的有9个组，成功率只有百分之五十。分析原因：一是从冰柜取冰，学生安装实验装置，到学生开始计时读数，所用时间较长，保温措施不当，装冰的试管暴露久了，自然升温到0℃，冰开始熔化或将要熔化完毕，自然就没有了固态冰从零下10℃左右吸热升温，达到0℃时继续吸热而温度保持不变的过程。二是水温偏高，冰的熔化较快导致熔化过程不明显。注意到做得好的几组，正是器材安装准备较快，且烧杯的温水较少，温水放热时，自身温度下降明显，热源与受热体温差就小，热传递较慢，实验效果就明显。

第二轮上此实验课时，因为有了前面的经验，从分析晶体和非晶体的熔化曲线入手，得出晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点。学生主动参与，亲身经历探究过程，获得知识和技能，体验探究的乐趣。

一、 课前准备

1.较长时间冰柜不除霜，以保证实验时有足够的冰（霜）可取用。

2.提前4个小时以上，将Φ为2厘米～3厘米大的试管放入冰柜冷冻。

3.提前2小时以上，用冷冻过的试管采霜，注意手拿试管，直接用管口刮霜，一般需10克以上。采集完后，用大毛巾包好试管继续冷冻。这样做的好处是所采之冰为晶体小颗粒，便于实验室时，顺利插入温度计。

4.实验前，用大小合适的泡沫塑料盒将盛冰试管连同大毛巾一起装入，密闭，做好保温。

5.上课前准备好铁架台、木制试管夹，停钟，温度计和内盛300ml 30℃～40℃水的烧杯。

二、 课堂实验

1.安装实验装置：盛水烧杯直接放在铁架台底座上，温度计悬挂于支架的高度应使温度计液泡处于烧杯内水面下2cm左右位置。迅速分发带冰试管，尽快将温度计液泡插入试管中冰的中心位置。试管放入烧杯水中，管底距水面3cm左右，并用木制试管夹固定。

2.停钟开始计时，读报温度计示数，记录实验数据，并绘制冰的熔化过程图像，如图3。

3.分析实验现象，得出实验结论。

三、 用冰做晶体熔化实验的优点与局限性

用冰做晶体熔化实验的优缺点并存。优点是干净卫生、无毒无害无污染，无需加热升温，只需根据气温高低。适当调整烧杯中的水温，即可在较短时间内完成。便于节约课堂时间以供交流、讨论、扩展。最重要的是熔化很明显，根据烧杯中水温的不同，一般可在0℃维持2～6min的熔化过程（如图3中BC段）。

缺点：一是准备过程较为繁杂，且要求较高。如要求学校（或附近）有冰柜，采霜较难，实验安装时动作要快等；二是晶体的凝固过程没法做，也就不能根据实验绘制晶体的凝固图像。