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汽化和液化-初中物理实验教学指导

时间:2023-12-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:(一)汽化实验一用液体温度计演示蒸发吸热现象实验器材:明视温度计或自制液体温度计,盛酒精的玻璃瓶,方座支架,扇子,干纱布,纸胶带。使B的感温泡脱离水面,由于感温泡上沾附的水分迅速蒸发,B中液柱显著降落。3.当水温升高到沸点时,水的内部和表面会发生剧烈的汽化现象。

汽化和液化-初中物理实验教学指导

(一)汽化

实验一 用液体温度计演示蒸发吸热现象

实验器材:

明视温度计(如J0302型)或自制液体温度计,盛酒精的玻璃瓶(瓶口较大),方座支架(J1102型,连夹持附件),扇子,干纱布,纸胶带。

实验步骤:

1.如图3-36,将温度计固定在铁支架的横杆上,观察这时温度计的读数(即室温值)。在温度计的感温泡外包两层干纱布(用纸胶带略加粘贴),并用扇子对着扇风,可看到其液柱并不发生移动。

2.把温度计的感温泡连同纱布一起浸没在酒精中,可看到温度计的读数仍不变(酒精温度同于室温)。

3.当移去酒精瓶后,随着纱布上酒精的蒸发,温度计的读数会明显下降。此时对着温度计的感温泡扇扇子,温度计的读数下降得更快。

实验结论:

液体蒸发时要吸收热量。

图3-36

实验二 用干湿泡温度计演示蒸发吸热现象

实验器材:

干湿泡温度计,水(温度跟室温相同)等。

实验步骤:

1.演示前先取下湿泡温度计B上的纱带,使它与干泡温度计A的读数相等(都显示室温值)。

2.让B的感温泡没入水中,它的读数如初。使B的感温泡脱离水面,由于感温泡上沾附的水分迅速蒸发,B中液柱显著降落。

3.再把浸于储水槽的湿纱带包在B的感温泡上,因水分蒸发吸热,B的读数总低于A(只要水分不干)。

实验结论:

液体蒸发时要吸收热量。

注意事项:

1.为避免学生注意力分散,A、B中间标有相对湿度的附表可暂用纸遮挡住。

2.如果有的干湿泡温度计的感温泡B伸不进配套的储水槽中,可以在操作2中用盛水烧杯代替储水槽,也可不做这一步。

实验三 用空气温度计演示蒸发吸热现象

实验器材:

自制空气温度计,盛水烧杯,扇子,方座支架(J1102型,连夹持附件),木垫块等。

实验步骤:

1.如图3-37,把自制空气温度计固定在支架上。对着它的感温泡A扇风,可看到玻璃管中的有色水柱不会移动。用垫块将盛水烧杯垫起,让A浸没在水中(水温跟室温相等),仍可观察到水柱不发生移动。

2.撤去烧杯使A外壁沾附的水在空气中蒸发,就会看到水柱沿玻璃管朝A的方向移动(封闭气体体积减小)。若向A处扇风,水柱移动就更迅速。

实验结论:

液体蒸发时要吸收热量。

图3-37

实验四 用两支温度计演示蒸发吸热现象

实验器材:

温度计两支,乙醚或酒精,棉花

实验步骤:

1.如图3-38,用一支温度计测量刚打开瓶塞的乙醚(或酒精)的温度,另一支表示的是空气温度,两支温度计所示的温度大致相同。

2.在一支温度计的感温泡上包扎一些棉花,再用乙醚(或酒精)将棉花浸湿。乙醚(或酒精)在空气中蒸发,可以看到带棉花的温度计的温度逐渐下降,比另一支温度计的温度低得多。

实验结论:

乙醚或酒精蒸发变成气态时,吸收了周围物体(液态部分和温度计)的热量,使温度降低。

注意事项:

1.最好使用刻度较大的温度计(也可用其他易清楚显示的温度计),以便使学生能看清,否则,教师应拿着两支温度计前后走几趟让学生观看。

2.用酒精不如用乙醚降温效果好。

图3-38

实验五 用乙醚演示蒸发吸热现象

实验器材:

圆底烧瓶(或大试管、去芯废白炽灯泡),开有双孔的橡皮塞,直角玻璃管2根(其中一根较长),橡皮管,小块薄玻璃片(如医院化验用的载玻片,也可用薄塑料片),硬质泡沫塑料垫块,乙酸(约20mL),两用气筒(或鼓气球、皮唧),水,滴管,方座支架(J1102型,连夹持附件)等。

实验步骤:

1.如图3-39所示,在烧瓶内倒入乙醚,将两玻璃管通过瓶口的橡皮塞插在烧瓶中,其中长管的下端没入乙醚液面以下。烧瓶底部放在玻璃片上,并用泡沫塑料块垫起。

2.在烧瓶底部与玻璃片之间注入数滴水。用两用气筒通过长玻璃管连续向烧瓶内打气,使乙醚猛烈地蒸发。经两三分钟后,就可看到水滴结冰,并且把烧瓶与玻璃片牢牢地冻结在一起,同时烧瓶外壁还有冰霜出现。

实验结论:

液体蒸发时要吸收热量。

注意事项:

做好本实验的关键是乙醚用量要一次加足,同时玻璃片下面的垫块绝热性能要好。

图3-39

实验六 观察水的沸腾(一)

实验器材:

烧瓶(500ml),开有三个孔的橡皮塞,直角玻璃管(较粗),纯净的冷水,相同的液体温度计2支(如30~150℃),酒精灯(或喷灯),石棉网,方座支架(J1102型,连夹持附件),火柴,砂粒,挡风板等。

实验步骤:

1.将仪器装好如图3-40所示。烧瓶中装入大半瓶水,并在水底沉入少许砂粒。在盖于烧瓶口的橡皮塞中插入直角玻璃管和温度计A、B。A的感温泡位于水面上方,B的感温泡没入水中。

2.用酒精灯加热。可看到,随着温度不断升高,水中会出现越来越多的气泡,它们在上升过程中体积慢慢变大,到达液面会破裂。此时玻璃管外有少量“白气”排出。

3.当水温升高到沸点时,水的内部和表面会发生剧烈的汽化现象。这时水中生成大量的气泡,并在上升过程中迅速变大,到达液面立即破裂。同时玻璃管外喷出大量的“白气”。

4.仔细观察沸腾过程中两温度计的液柱,发现B的读数恒定并且与A的读数相等。

实验结论:

水在沸腾时会汽化成同温度的水蒸气,虽然继续吸热但温度保持不变。

注意事项:

1.除了大气压对水的沸点有影响外,水中溶有的其他物质也会引起沸点的变化(升高)。只有纯净的水在不处于过热状态时,温度计在水中及水蒸气中的读数才等值,所以在实验时应使用较纯净的水。另外,为使沸腾现象明显,所用的水还应溶有较多的空气,一般可选用自然清洁的冷水。对于刚冷却到室温的开水,因溶解在其中的空气较少,不宜使用。

2.两只温度计应事先在沸水中进行校核,只有读数相等或差值极小的方可使用。为提高演示的可见度,最好将温度计等进行投影放大。

3.在烧瓶底加入砂粒是利用它吸附有空气使沸腾容易形成和防止“崩沸”现象产生。如果水中已溶有足量的空气,也可不放砂粒。

4.实验中观察到的“白气”是水蒸气从玻璃管排出后遇冷凝结成小水滴而产生的。

5.用烧瓶做这个实验,由于瓶口小,可有效的降低沸腾时汽化吸热的速度,从而使瓶内水面保持较高的温度,沸点测量比较准确,而且,加热时间也明显缩短。但用烧瓶不利于观察气泡的变化。

图3-40

实验七 观察水的沸腾(二)

实验器材:

烧杯(或烧瓶),温度计,酒精灯,纯净的冷水,石棉网,方座支架(J1102型,连夹持附件),火柴,秒表(停钟),硬纸板,细线等。

实验步骤:

1.将仪器装好如图3-41所示。在烧杯中装入半杯水加热,将温度计插入水中测水温。找一两位学生随时向全班报告温度。指出观察重点是水和温度计。

2.首先看到较小气泡出现在烧杯底部,然后上升,这是由于玻璃上吸附有空气和水中溶有微量气体受热分离所形成的。

3.少时,从杯底逐渐出现一些较大的气泡,这些泡里含有水蒸气,但没有上升到水面就变小并消失了,这是因为水温不匀,杯底温度较高,蒸汽泡可以形成,但在上升过程中,温度降低,蒸汽又凝结成水了。

4.最后,加热到杯里的水的各部分都有气泡,而且在上升过程中气泡继续增大,这才是真正的沸腾现象。强调这时液体表面和内部都在进行剧烈的汽化。

5.在学生报出温度是100℃后(在一个标准大气压下),再加一会儿热,温度也不再上升,教师指出这个温度就叫沸点。

6.移开酒精灯,停止加热,沸腾现象随即消失。说明维持沸腾是需要热量的,这些热量不是用于升高水温,而是使液态汽化,使物质状态发生变化。

实验结论:

水在沸腾时会汽化成同温度的水蒸气,虽然继续吸热但温度保持不变。

注意事项:

1.为了节省时间,可以一开始就使用热水。

2.如果烧杯擦得特别干净或烧杯中的水曾煮开过,这时,由于气泡产生条件不足,致使沸腾时气泡发生不太剧烈。如在水中投入少许碎瓦粒,则沸腾现象格外醒目

图3-41

图3-42

实验八 观察低压下水的沸腾(一)

实验器材:

烧瓶(250ml以上),插一段玻璃管的橡胶塞,两用气筒(J1008,或50ml注射器),厚壁橡胶管,水槽,酒精灯,适量的水,石棉网,方座支架(J1102型,连夹持附件),火柴。

实验步骤:

1.将仪器装好如图3-43所示。用酒精灯加热,至水沸腾。

图3-43

2.如图3-44,停止加热,接好两用气筒。

3.一手握紧气筒,另一手将手柄往复抽拉几次,抽出瓶内一部分气体,则瓶内热水又会沸腾起来。

实验结论:(www.xing528.com)

水在低压下沸腾时,沸点会降低。

注意事项:

1.为了节省时间,可以一开始就使用热水。

2.水里投入少许碎瓦粒(豌豆大小),可以提高沸腾效果。

图3-44

实验九 观察低压下水的沸腾(二)

实验器材:

烧瓶(250ml以上),插一段弯成直角玻璃管的橡胶塞,厚壁橡胶管,水槽,酒精灯,适量的水,石棉网,方座支架(J1102型,连夹持附件),火柴,无孔橡胶塞。

实验步骤:

1.将仪器装好如图3-45所示。用酒精灯加热,至水沸腾。

2.如图3-46,停止加热,立刻塞好瓶塞,防止空气再回进瓶内。

图3-45

图3-46

3.将烧瓶倒置,将接水盘放在烧瓶的下方。

4.从上面向烧瓶底部浇冷水,则看见瓶内热水又重新沸腾起来。

实验结论:

水在低压下沸腾时,沸点会降低。

注意事项:

1.为了节省时间,可以一开始就使用热水。

2.为防止无孔橡胶塞从烧瓶口弹出,可以用手指抵住。

(二)液化

实验一 利用冰降温观察水的液化

实验器材:

烧杯一只,不锈钢饭盒一只,保温瓶一只,适量的冰,适量的热水,如图3-47。

实验步骤:

1.如图3-48,在烧杯中倒入适量的热水。

2.在不锈钢饭盒中装入适量的冰,并将不锈钢饭盒置于烧杯上方。

3.经过2~3分钟,观察到烧杯中的热水上方出现雾状水蒸气。

4.再经过2分钟,将不锈钢饭盒拿起,观察到不锈钢饭盒底部出现水滴。

实验结论:

温度降低时,出现液化现象。

图3-47

图3-48

实验二 观察酒精的液化

实验器材:

酒精适量,方座支架(J1102型,连夹持附件),可乐瓶一只,打气筒一只,自行车气门芯一只,中间打孔的橡胶塞,如图3-49。

实验步骤:

1.如图3-50,将气门芯安装在中间打孔的橡胶塞上。

2.在可乐瓶中滴入适量的酒精。

3.将安装好气门芯的橡胶塞塞紧可乐瓶口。

4.将可乐瓶安装在铁架台上,用打气筒向可乐瓶中打气。

5.当可乐瓶中的气体的气压达到一定值时,装有气门芯的橡胶塞被冲开,这时可观察到酒精液化现象。

实验结论:

可乐瓶中的气体膨胀,对外做功,使气体温度降低,出现液化现象。

图3-49

图3-50

实验三 观察乙醚的液化

实验器材:

50ml注射器一支,适量的乙醚,橡胶软管一截,细线一根,如图3-51。

实验步骤:

1.如图3-52,将一截橡胶软管制成橡皮套,并套在注射器上。

2.在注射器中吸入适量的乙醚。

3.拉动活塞,随着注射器容积变大,乙醚汽化。

4.让活塞往回运动,发现乙醚液化。

实验结论:

气压越高,液体的沸点越高。当往回推动活塞,注射器里气压升高,乙醚沸点升高,出现液化现象。(1个大气压下,乙醚沸点为34.6℃)

图3-51

图3-52

注意事项:

1.注射器容积较大,效果较好。

2.注射器活塞往回运动时,注意用手指抵住注射器的底部,防止注射器破裂。

实验四 观察液化放热现象

实验器材:

酒精灯,弯曲玻璃管的瓶塞,烧瓶,铅粒,气体温度计。

实验步骤:

1.先自制一个简单的气体温度计:在空试管的底部装些铅粒,以防试管倾倒;用带细玻璃管的橡皮塞把试管口塞紧,再在细玻璃管中注入着色水柱,试管内空气受热则水柱上升,反之则下降。制成后按图3-53将仪器装配好。

2.用酒精灯给烧瓶内的水加热,开口空试管浸在冷水中收集冷凝水。试管底部预先放少量红墨水或高锰酸钾,可使凝结的水着色,达到使现象明显的目的。

3.对烧瓶加热,使水达到沸腾,重点观察试管底部带色的水和气体温度计上的液柱。

4.少时,由于水蒸气的凝结,试管内的水量显著增加(有很少一部分是在玻璃管中凝结的),气体温度计明显地显示温度在上升。

实验结论:

水蒸气遇冷凝结成水,由气态变成液态,即发生“液化”;液化时放出热量。

注意事项:

1.为了节省时间,烧瓶内可预先装入热水,瓶内的热水和杯内的冷水都不要装得太多。

2.实验时如把玻璃管口放到试管最底部则凝结效果更好。

图3-53

实验五 模拟大自然中雨的形成

实验器材:

酒精灯,烧瓶,方座支架,带弯曲玻璃管的瓶塞,烧杯,金属板,细绳。

实验步骤:

1.按图3-54把仪器和器材装好,瓶内装入热水。

2.用酒精灯给烧瓶加热,少时,瓶内水沸腾起来,水蒸气不断由玻璃管喷出。

图3-54

3.将悬吊的金属板移近管口,则见一部分水蒸气遇冷凝结成水,顺着板面流入下面的烧杯,这就是液化现象。

4.停止加热,让学生用手指轻轻触摸金属板,会感觉很热,说明水蒸气液化时放出热量。

实验结论:

水蒸气遇冷凝结成水,由气态变成液态,即发生“液化”;液化时放出热量。

注意事项:

1.为了节省时间,可以直接使用接近沸点的水,水量不要太多。

2.不要把管口附近出现的细雾说成水蒸气,水蒸气是看不见的。

3.金属板不要太薄,也可以用口朝下的烧杯或茶杯代替。

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