陳建峰

摘要：冰熔化實(shí)驗(yàn)學(xué)生很難做好，主要問題是：一是把水放入電冰箱中可以制得塊狀固態(tài)冰，但溫度計(jì)的液泡難以插入;二是秋季外界氣溫仍較高，學(xué)生無法觀察冰熔化前吸熱升溫但保持固態(tài)不變的過程。而食鹽水凝固點(diǎn)低于0℃，用它來儲存冰，可以達(dá)到我們的目的。

關(guān)鍵詞：冰熔化;食鹽水;凝固點(diǎn)

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1992-7711（2016）04-080-1

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)物理理論的標(biāo)準(zhǔn)。在學(xué)生建立完整的物理概念和導(dǎo)出正確物理規(guī)律的課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是最活躍最具生命力的部分。實(shí)驗(yàn)?zāi)芑橄鬄榫唧w，化枯燥為生動，簡便明晰的實(shí)驗(yàn)?zāi)芤龑?dǎo)學(xué)生觀察，并進(jìn)行思考，對學(xué)生掌握知識、培養(yǎng)能力和學(xué)習(xí)科學(xué)方法有舉足輕重的地位。如果在教學(xué)中教師能結(jié)合身邊的、學(xué)生熟悉的物體來改進(jìn)書本上的實(shí)驗(yàn)，就更能刺激學(xué)生的感觀，使思維活躍起來;學(xué)生正確的掌握概念，加深對物理規(guī)律的認(rèn)識，加強(qiáng)對知識的理解和記憶。

在蘇科版8年級（上冊）初二物理課本中，第二章第三節(jié)《熔化和凝固》一節(jié)中，通過讓學(xué)生完成“冰和燭蠟的熔化”實(shí)驗(yàn)探究活動總結(jié)得出晶體與非晶體不同的熔化特點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)如果按照課本所示方案進(jìn)行操作，即把碎冰和碾碎的燭蠟分別放入試管中，在冰塊和松香中插入溫度計(jì)，記下它們的初始溫度，然后用水浴法對它們進(jìn)行加熱觀察其溫度與狀態(tài)變化情況。在教學(xué)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，對于探究燭蠟的熔化特點(diǎn)，學(xué)生一般能順利完成，得出正確的結(jié)論：非晶體沒有一定的熔化溫度。但冰的熔化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生則很難做好。出現(xiàn)的問題是：一、把水放入電冰箱中可以制得塊狀固態(tài)冰，但溫度計(jì)的液泡難以插入。二、學(xué)生難以觀察到冰在熔化前吸熱升溫但狀態(tài)保持不變這一物理過程，原因是秋季外界氣溫仍然很高，教師必須當(dāng)堂把冰箱中取出的冰塊逐份分發(fā)給每組學(xué)生，讓學(xué)生迅速安裝好實(shí)驗(yàn)裝置開始實(shí)驗(yàn)。雖然這樣處理，但此時(shí)冰的溫度仍然不斷升高，達(dá)到-2℃到-1℃已經(jīng)快接近0℃，有的甚至已經(jīng)開始熔化了。三、用酒精燈加熱學(xué)生很難控制火候，在熔化過程，燒杯中的冰塊尚未全部熔化，而此時(shí)冰水混合物溫度并不保持在0℃不變，其溫度已達(dá)到4℃～5℃，由于實(shí)驗(yàn)誤差較大，學(xué)生對晶體的熔化特點(diǎn)就難以得出正確的結(jié)論，甚至?xí)纬慑e(cuò)誤的概念。因?yàn)樽龊眠@個(gè)實(shí)驗(yàn)的難度較大。為了突破這些難點(diǎn)，我查閱了大量的資料，并通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了一套較為可行、成功率較高的實(shí)驗(yàn)方法，即用冰鹽水做速凍劑，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

不同濃度的鹽水凝固點(diǎn)均低于0℃，鹽水的凝固點(diǎn)，比重，比熱等物理特性，隨鹽水的濃度變化而變化。鹽水溶液的凝固點(diǎn)隨著鹽的濃度增加而降低，一直降低到冰鹽合晶點(diǎn)，此點(diǎn)相當(dāng)于全部溶液凍結(jié)成一塊整的冰鹽結(jié)晶體——冰鹽合晶時(shí)的溫度，此點(diǎn)是最低的冰點(diǎn)，濃度超過此點(diǎn)，反而使冰點(diǎn)上升。我做了實(shí)驗(yàn)如下：

含鹽量越高，凝固點(diǎn)越低。相關(guān)公式為：T1-T2=kf*m。其中T1～T2為下降溫度數(shù)，kf為溶劑的摩爾凝固點(diǎn)下降常數(shù)等于1.86，m為鹽的質(zhì)量摩爾濃度。

通過此實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論就可以優(yōu)化冰熔化實(shí)驗(yàn)，具體做法如下：

第一步：制作冰鹽水

按比例配比鹽水，（1000g水和200g食鹽，凝固點(diǎn)大概是-13℃）放入水槽中，再把該裝置放入冰箱冷凍室，時(shí)間12小時(shí)左右，溫度是-21℃，冰鹽水已全部是固態(tài)。拿出放在室溫下，過15分鐘左右開始熔化，上層和周圍開始熔化。

第二步：制作冰

在試管是中放2～3g水，把帶有橡皮圈的溫度計(jì)放入水中，并調(diào)整橡皮圈使液泡在水中的深度稍稍低于水面且不能碰到試管的底和壁。每支試管被鐵絲網(wǎng)卡住，然后，把試管鐵絲網(wǎng)裝置豎直插入冰鹽水中進(jìn)行冷凍，如右圖，使溫度計(jì)的液泡凍結(jié)在冰塊之中，冷凍好后即可把整個(gè)裝置儲存在電冰箱的冷凍室里。

第三步：實(shí)驗(yàn)

上課前20分鐘，從冰箱冷凍室拿出整個(gè)裝置，15分鐘后鹽冰開始熔化。把各試管分發(fā)給學(xué)生，開始時(shí)，它們的溫度大約零下十幾攝氏度，狀態(tài)為固態(tài)。如右圖所示，因?yàn)樵嚬苤械谋牧慷急容^少，所以無須用酒精燈來加熱，只要利用周圍的空氣溫來進(jìn)行加熱，或者用水浴法加熱，溫度開始逐漸上升，但狀態(tài)不變。用時(shí)4～5分鐘溫度從-13℃升到0℃，就會看到冰開始熔化了，試管中先是有少量的水出現(xiàn)，（溫度計(jì)盡量保持在冰內(nèi)）但冰水混合物的溫度保持不變，只有當(dāng)冰全部熔化后溫度才會逐漸升高。

該實(shí)驗(yàn)經(jīng)過我們改進(jìn)之后，與原實(shí)驗(yàn)方案相比其優(yōu)點(diǎn)有：一、器材簡單，可以省去酒精燈、鐵架臺等一套繁雜的實(shí)驗(yàn)裝置;二、教師課前無須花費(fèi)很多的時(shí)間準(zhǔn)備大量的碎冰;三、可反復(fù)使用提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的效率;四、操作方便且可以保證很高的實(shí)驗(yàn)成功率和利用率，極大地提高課堂教學(xué)效果。