水凝固与冰熔化的实验思考

来源 :初中生世界·初二物理 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lingyuehqu2009
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  一、 冰熔化实验
  
  把碎冰块放入烧杯中,在冰块中插入温度计.记下这时温度计的示数,每隔2min记录一次温度计的示数,同时观察杯中冰状态的变化,直到冰块全部熔化后2min为止.
  按照课本装置进行冰熔化实验,用酒精灯给冰加热熔化,观察时发现当冰块才有少数熔化时,温度计示数已明显高于0℃,原因是烧杯在酒精灯火焰的辐射下温度偏高.不用酒精灯加热,直接在室温25℃的实验室做,使200g冰熔化,共用了22min,下面的表格就是实验记录.
  


  依据表格中的数据,画出温度——时间图像(如图1).
  


  从图1可见: 冰熔化过程中,虽然持续吸热,但温度保持不变,说明冰是晶体.
  由这个实验可见,课本中所说的方法不一定是最好的,实验一定要亲手做.
  
  二、 水凝固实验
  
  在冰格中倒水,水深3mm,放入冰箱中,每过10min取出来观察它的状态,并测量它的温度,直到全部结成冰后2min为止.
  这个实验,物理课本上没有做,是由于实验没有表现性,但同学们可以在自家做.
  


  依据表格中的数据,画出温度—时间图像如图2.从图2可知,水凝固过程中,虽然持续放热,但温度不变,说明晶体熔液凝固时温度保持不变.
  
  三、 冰与水相互转化的条件
  
  例1 把正在熔化的冰,拿到0℃的房间里(它们与外界不发生热传递),冰能不能继续熔化?
  分析 正在熔化的冰是冰水混合物,冰水混合物的温度是0℃,0℃的冰与0℃的房间温度相同,没有温度差,它们之间不发生热传递,因此冰不能继续熔化.
  小结 冰熔化的两个条件: 1. 要达到熔点0℃;2. 必须吸热
  说明 常见错误是认为晶体只要达到熔点就会熔化,却忽略了晶体熔化时要不断地吸收热量这一因素.
  电视上在介绍我国南极考科队时,有这样一个镜头: 科考队员在地面上捧了一大块冰,放入铝锅中加热,好久以后掀开锅盖,它还是一块冰,为什么?
  答 南极气温极低(年平均气温只有-56℃),冰的温度也是-56℃,这样冰加热后首先是升温,而不是熔化,要熔化必须达到0℃.
  小结 水结冰的两个条件: 1. 达到凝固点;2. 必须放热
  说明 水与冰相互转化的条件: 1. 要达到熔点(或凝固点);2. 要吸热(或放热)
  
  四、 水与冰冷却效果的比较
  
  例2 质量相等的0℃的水与0℃的冰,谁的冷却效果好,为什么?
  分析 0℃的水与0℃的冰,温度相同,则冷热程度是一样的,因此认为冷却效果也相同,这就错了.
  用0℃的水与0℃的冰冷却食物,冰会发生熔化,熔化吸热后变成了0℃的水.显然质量相等的0℃的水与0℃的冰冷却食物时,0℃的冰能吸收更多的热量,因此用质量相等的0℃的冰去冷却食物比0℃的水冷却食物效果更好些.
  
  五、 影响水的凝固点的因素
  
  实验1 两个相同的小碟子,一个放满水,另一个放满盐水.同时放入冰箱的同一位置处,经过40min后,水全部结冰,盐水没有全部结冰.用温度计分别量出冰的温度为0℃,固液共存态的盐水温度是-3℃;然后又放入冰箱中过了10min后,才全部凝结.
  这个现象说明: 有杂质(如盐)时,凝固点降低.
  小结 水的凝固点高低与是否有杂质有关,有杂质时凝固点降低.
  应用 在东北地区,为了防止汽车中的水结冰,都掺入一些杂质.
  实验2 两盆凉水,其中一盆放入足够多的食盐.把冻鱼平分成两份,分别浸没到两盆中.观察现象: 发现两盆水中的鱼都已经解冻,淡水中鱼外面结了一层冰,而盐水盆中的鱼不见结冰.
  原因 冻鱼就是鱼的体液结了冰,而鱼的体液中含有大量盐类,所以其熔点要低于0℃,当用淡水化冻鱼时,先是冻鱼吸热升温并且部分化冻,同时外面的淡水由于放热降温到0℃,并在鱼体外表结冰.鱼体进一步吸热之全部熔化,外面冰层达到最大厚度,这时鱼、冰水的温度都是0℃.
  而用盐水化冰时,因为盐水的凝固点比冻鱼体液结冰点还低,所以盐水放热只是降低温度,冻鱼从盐水中吸热而达到由外向里逐步化开,不会出现鱼外面结冰的状况.
  应用 两种金属做成合金以后,熔点会降低,原因是: 合金相当于是在一种金属中掺入杂质,可使熔点降低.
  
  六、 影响冰的熔点高低的因素
  
  实验 用小刀刻划冰块,冰容易熔化.
  原因 这是因为压强大,熔点降低.
  应用 滑冰运动员在冰上滑行时,冰刀与冰面接触处,有一部分的冰熔化成了水.
  小结 冰熔化时,熔点随压强增大而降低.
  
  七、 温度计中不用水做液体的原因
  
  温度计中的液体一般用水银、酒精,不用水.
  原因 水在0~4℃间反常膨胀,水不能用做温度计里的液体;另外水的比热容较大,在升高相同温度时,它比其它物质要多吸收热量,对被测量物体的温度影响较大.
  冬季,河面结冰(如图3),若当天气温是-20℃,则A、B、C三点的温度分别是: -20℃、0℃、4℃.
  


  由以上水与冰的实验中,物理实验要尊重客观事实,同学们要能把学到的知识应用到生活中去,这样才能激发学习物理的兴趣,掌握学习物理的方法.
  
  责任编辑/许维亮
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