关于水的沸点测定的探究性研究

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  【摘 要】学生在实验中测得水的沸点不是常见的100℃,通过讨论分析,建立假设:可能与温度计有关,可能与水的纯度有关,可能与气压有关,可能与温度计浸入水中的深度有关。通过实验逐项验证,最终得出结论。
  【关键词】水的沸点;实验探究;得出结论
  课题来源:“观察水的沸腾”实验是华师大版科学七下第13页安排的一个学生分组实验,通过该实验可以让学生学会酒精灯的点燃、盖灭;练习从下而上连接简单的实验装置;通过观察沸腾前后气泡大小、温度变化,建立沸腾概念。这是一个既培养实验能力又激发兴趣的好素材。
  发现问题:按教学计划,我于与2月底开设了这堂课,为节约时间作了如下改动:①使用100mL的小烧杯。②烧杯中加的是电水壶加热到约70℃的自来水③热水加到烧杯一半④采用统一品牌的染成红色的煤油温度计。实验有条不紊地进行着,他们清楚地看到水沸腾前温度上升,气泡从下而上越来越小;而在沸腾时温度不变,气泡从下而上越来越大;撤去酒精灯,沸腾停止;通过亲手操作,孩子们理解了沸腾的定义及特点,一切都很顺利,但在报沸点时,连叫三组,沸点都是98℃左右,在强调温度计的读数规范后,又让孩子们读数记录,全班22组数据绝大多数集中在98℃左右,怎么会是这样?水的沸点在1标准大气压下应是100℃啊!难道找个理由搪塞学生?勿如将它立个课题:常温常压下我测的水的沸点为什么不是100℃?
  建立假设:首先,我们检查了实验装置,又仔细回忆了实验操作步骤和温度计的使用规范,发现都没有差错,通过讨论分析,我们建立了三个可能影响水沸点测定的假设,并设计方案进行验证。
  假设1可能是本次所用温度计的种类或温度计没有校准,导致测出的水的沸点有误。
  实验:任意抽取学生实验所用煤油温度计5支,放于同一地点测室温,读数差异不明显。另取不同厂家不同品牌的煤油温度计和水银温度计,测室温,读数差异不明显,测水沸点,也在98℃左右.
  分析:如果没有校准,不同厂家不同品牌的温度计测同一物体的温度,读数应是不同的;现在测室温,测沸水,两次实验读数差异不明显,说明这些温度计都是校准的,那么这次实验中导致水的沸点有误不是温度计造成的。
  假设2实验所用的是自来水,不纯净,有杂质,可能是不纯的水影响了水的沸点测量。
  实验:取蒸馏水和自来水做对照测沸点,设三组实验。
  分析:两组数据相差1.3℃,说明水中杂质确实影响水的沸点,测水沸点应该用蒸馏水;蒸馏水的沸点测量值只有96.8℃,说明还存在其它导致测量有误的因素。
  假设3水的沸点受气压影响,随着气压的增大而增大,随气压减小而减小,在1标准大气压下水的沸点才是100℃,可能是气压不标准影响实验数据。
  收集数据:通过上网百度搜索和文献查阅,得到如下信息:
  又用气压计测得当时实验环境的气压1014百帕。
  分析:气压1014百帕折合为760mmHg,从上表查得水的沸点应是100℃,但实验测得蒸馏水的沸点为96.8℃。显然,气压的影响不是实验误差的主要原因。
  自此,原先的假设都不成立,思路断了。
  新的假设 我们又仔细阅读书本第13页,发现教材中用的是80~100mL的水,而我们为节约时间用的水约50mL,难道是水量不同导致水的沸点测量值不同?
  实验:取500mL烧杯一个,分别加入1/4、1/2、3/4容积的蒸馏水,测沸点。
  分析:水的沸点测量值随着水量的增大而增大,似乎是水的沸点与水量多少有关,但水的沸点和密度一样都是水的特性,不可能因水量改变而改变。我们又仔细观察了实验装置,发现随着水量增加温度计浸在水中的部分增加了。
  煤油温度计是利用煤油的热胀冷缩工作的,当测温泡与沸水接触时,煤油热胀,沿细玻璃管上升,当这部分上升的煤油离开水面后会向周围冷空气散热(我们实验在2月底,气温低),使最终读数下降。温度计浸在水中部分越多,其上部与冷空气接触越少,散热少,误差小。由此我们想到平底烧瓶,因为平底烧瓶口较小,且瓶颈较长,温度计露在外面部分较少,误差会小些。
  改进实验:用平底烧瓶测蒸馏水沸点。
  由上述实验可知,水在标准大气压下的沸点确实是100℃.
  补充的实验:用平底烧瓶测自来水沸点
  结论:水中杂质确实影响水的沸点,建议测水沸点应用蒸馏水、平底烧瓶做实验。
  学生的收获:
  这次探究活动中,老师只是提供实验器材,放手让我们自己思考,自己动手做实验,只是在我们之间意见出现分歧,自己无法解决时,老师才来给我们提示帮我们分析,我们最后找到的原因,并不是书上能找到的,成功的体验让我们信心倍增,今后在科学学习上遇到疑难问题时,不要盲从权威,一定要通过实践加以证实。
  教师的反思:我很庆幸自己抓住水沸点测量值与教材中的数据差异,提供给学生科学探究的机会,组织引导学生通过手脑并用的探究活动,进一步养成尊重科学原理,敢于依据客观事实提出自己的见解,能分析不同的意见,能够根据科学事实修正自己的观点等等科学态度和价值观。
  引导学生善于发现身边的科学问题,并用身边易得的实验器材进行探究,是我近年来教学工作中比较关注的部分,虽然迫于中考压力、课内时间紧、教学任务重,但在课外社团活动或利用双休日时间开展课题性探究,让学生拥有更广阔的思考探索空间,无疑有利于提高学生的独立创新意识,有利于提高学生的科学素养,有利于学生发展。
  【参考文献】
  科学课程标准
  (作者单位:浙江省宁波李兴贵中学)
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