晶体熔化和凝固实验的改进
晶体的熔化与凝固实验研究述评及改进
晶体的熔化与凝固实验研究述评及改进蒋馨雅㊀桑芝芳摘㊀要: 晶体的熔化与凝固 是义务教育初中物理 物态变化 主题中的学生实验㊂关于该实验的研究主要集中在对 晶体熔化 实验的操作㊁装置及材料改进方面,很少有对其现象背后的原因进行定量分析㊂对1996年至2019年关于 晶体的熔化与凝固 实验研究方面的文献进行评述,从实验材料㊁样品用量㊁相变持续时间等几个维度对文献中的数据进行分析,提出该实验改进方案及操作建议㊂关键词:晶体熔化与凝固;过冷现象;实验改进蒋馨雅,苏州大学物理科学与技术学院,在读硕士研究生;桑芝芳,苏州大学物理科学与技术学院,教授㊂㊀㊀ 晶体的熔化与凝固 是初中物理课程中 物质的形态与变化 这一主题下的核心内容,对应实验操作难度较大㊁成功率低㊂2011年课标对该实验的要求由以前的演示实验改为学生的探究实验㊂这一改变也预示着对实验探究的重视以及对学生实验要求的提升㊂在实验过程中出现的问题及解决方法已有50余篇文献进行相关研究,本文对上述文献进行评述,并提出实验改进方案㊂㊀㊀一㊁各版本实验要求介绍晶体的熔化与凝固 实验旨在通过科学探究,观察晶体在熔化与凝固过程中的现象,通过记录温度随时间的变化绘制图像,得出晶体的熔点与凝固点以及熔化与凝固时的吸热与放热及温度变化的特点㊂1978年第一版初中物理教材选用萘研究其熔化与凝固过程,后因为萘加热分解产生有害气体而改为海波和碎冰㊂现行的北师大版㊁人教版㊁浙教版和沪科版教材选择海波进行实验探究,苏教版教材只要求学生在课堂上完成 冰的熔化 实验,凝固特点直接给出结论[1]㊂实验仪器选用铁架台㊁试管㊁烧杯,采用水浴加热㊂各版本教材实验要求如表1所示㊂表1 各版本实验要求比较教材版本实验晶体开始温度读数间隔结束时间北师大版海波40ħ1min 完全熔化后2min 人教版海波40ħ1min 完全熔化后记录4~5个浙教版海波40ħ30s 完全熔化后记录4~5个沪科版海波粒30ħ1min 完全熔化后3min 苏教版碎冰40ħ30s完全熔化后2min㊀㊀作为科学探究,具体操作步骤是留给学生自己探索的㊂沪科版教材使用晶粒进行实验,并提到了搅拌,在实验的讨论部分提出研磨可使实验数据精确一些㊂35㊀㊀二㊁已有实验研究分析(一)晶体材料选择对比分析对于晶体材料的选择,现有文献中记录的数据均值及各材料优缺点分析如表2㊁表3所示㊂表2㊀晶体的熔化与凝固实验晶体比较(a)晶体熔点(ħ)质量(g)熔化时间(min)凝固时间(min)实验总时长(min)萘80184 4.520海波47~4910g 3.5 2.532冰0ħ5~104210.5合金70353~53~512Zn(NO3)2㊃6H2O36.4150g713(熔化)Mg(NO3)2㊃6H2O89~905~1015表3㊀晶体的熔化与凝固实验晶体比较(b)药品名称优点缺点萘价格低㊁现象明显导热性差㊁加热分解产生有毒气体海波价格低㊁便于观察,熔点较低导热性差㊁加热有气味㊁结晶水易散失冰取材方便㊁价格低㊁操作较简单导热性差㊁熔点低㊁凝固时间较长低熔点合金(熔点70ħ)价格低㊁导热性好㊁现象明显㊁无刺激性气味试管易破裂Mg(NO3)2㊃6H2O价格低㊁现象明显结晶水易散失㊁熔点偏高,高于100ħ易分解Zn(NO3)2㊃6H2O价格低㊁现象明显,熔点低㊁50ħ以内性质稳定,实验时间短有腐蚀性㊁易制爆㊁高温易分解产生有毒气体㊀㊀表2中各时间除冰取最短时间以外,其他都是利用所综述文献中的数据去掉差异过大的值所得到的平均值,其中晶体质量为在保证实验现象明显的情况下耗时最短的用量㊂在所综述的文献中有三篇记录了冰的熔化与凝固实验全过程的时间,其温度变化范围与时间分别是: -13ħ~23ħ,1.7h[2];-3.8ħ~7ħ,1.25h[3]; -5ħ~5ħ,10.5min[4]㊂第一组数据由于温度变化范围过大,耗时过长,第二组利用自然熔化耗时长,相比之下第三组实验利用自制冷库㊁加金属丝增强导热以及水浴加热有效缩短实验时间更适合课堂教学㊂(二)实验问题分析与改进本实验易受环境温度干扰,一般的中学很难控温,且该实验是学生进入初中以来首次利用图像对物理现象进行研究,在实验中难免出现许多困难㊂对 晶体的熔化与凝固 实验的研究主要由实验问题分析和实验改进两部分组成,文献中关于晶体的熔化与凝固存在问题及解决方法见表4㊂表4㊀晶体的熔化与凝固存在问题及解决方法问题主要原因解决方法温度难测量晶体导热性差搅拌㊁研磨㊁组合试管㊁加入金属粉末或金属丝㊁改变温度计位置㊁间歇式加热存在过冷现象自发成核温度低于凝固点在凝固点附近投入晶核存在不溶现象结晶水损失严重加橡皮塞减少蒸发㊁提高纯度时间过长晶体凝固时间长预热㊀㊀(1)晶体温度难测定在进行 晶体的熔化与凝固 的实验教学中,由于萘㊁海波和冰都是热的不良导体,水浴加热过程中,试管壁附近的晶体比试管中心温度高㊂李安生基于传热学解释了产生温度梯度的原因是试管热阻小于晶体本身热阻,导致靠近试管壁的晶体先熔化[5]㊂对于海波,由于加热过程中风化加剧,最终熔化时所得到的并不45是均一的液体,而是由NaS2O3㊃5H2O㊁NaS2O3㊃2H2O和NaS2O3所组成的混合物[6],晶体真实温度难以测定㊂在实验改进方面,对于晶体温度测定的改进方案最多㊂在操作方面,温度计玻璃泡靠近试管底部测出的温度更准确[7]㊂间歇式加热也可提高实验精度,其具体做法有两种:一是每加热30s将酒精灯撤去,待示数稳定后读数[8];二是在海波未达到熔点前多次撤去㊁移回酒精灯[9]㊂但第一种做法可能会让学生误以为熔化时温度不变是人为造成的㊂在装置改进方面,加入金属丝[4,10-11]㊁利用组合试管[12]㊁量热器等都是为了减小试管与样品本身热阻之间的差距,从而达到均匀传热的效果㊂固液分离[13]也可以使温度测量更准确㊂在材料改进方面,利用低熔点合金进行实验可以解决晶体导热性不佳的问题,但在合金凝固的过程中试管底部破裂[11,14],作者并没有解释破裂原因㊂在实验中试管出现破裂一般是由于内外压强不等所致㊂在凝固的过程中,合金放热方式主要是热辐射与热传导,而试管除了上述两种方式外还有空气对流,且空气对流是其主要放热方式,冷空气在吸热后膨胀,造成合金与试管接触部分温度远高于未接触部分,导致试管受热不均而破裂[15]㊂(2)存在过冷现象过冷现象是晶体在温度降到凝固点时依旧没有凝固的现象,是晶体在进行自发凝固的过程中必经的现象㊂张雪[16]基于热力学与晶体生长理论解释了过冷现象产生的原因:晶体在凝固过程中需要足够大的结晶中心即晶核,对于自发凝固的晶体,在凝固过程中需要先形成晶核㊂在凝固的初始阶段由于形成的晶核较小,晶相的化学势高于熔体的化学势,所以刚刚凝固的晶体会直接变回熔融态,当温度低于凝固温度时,才能自发成核完成凝固㊂况朝辉[17]在17ħ室温下通过实验测出海波的过冷点在18ħ左右㊂对于过冷现象的改进方法只有加入晶核这一种㊂有些教师发现用六水合硝酸镁[6]进行实验时即使不加晶核也不会出现过冷现象,可能是由于温度记录的时间间隔较大(大于30s),晶体过冷时间较短,所以未取得过冷的数据㊂文献中记录的加入晶核时的温度也不同,这与实验环境温度㊁搅拌是否充分以及晶体纯度有关㊂(3)存在不熔现象不熔现象是针对海波提出的,主要原因是海波加热分解后结晶水散失,无法完全凝固成NaS2O3㊃5H2O[6]㊂在试管口加橡皮塞以及提高海波纯度可以减少水分的散失,从而减少不熔现象的发生[7]㊂(4)实验时间过长实验时间过长主要是由于在熔化过程中受热不均或是相变过程中环境温度与晶体温度温差小导致㊂针对实验时间耗时过长的问题大多数老师选择舍弃凝固实验,只做熔化实验或是用冰做实验,其中对于冰的凝固实验,利用冰盐水㊁硝酸铵与水混合都可以加快凝固的速度[4]㊂对于海波的熔化实验,做好课前准备,样品预热提高实验初始温度,控制水浴与样品的温差在3ħ以内,46ħ的270mL温水可在6min内将20g海波加热至40ħ,同时水温降至42ħ,开始实验至熔化结束共耗时13min[18]㊂利用计算机辅助物理实验系统(DIS)或者使用数字温度计配合电加热[2,19]可以得到更准确的图像,其中电加热可使温度升高更均匀,有效延长可观察的熔化时间㊂(5)其他问题有些老师在实验过程中发现最终测出的晶体的凝固点与熔点与实际数值不符,主要是由于样品纯度较低或者实验环境不满足标准大气压所致㊂㊀㊀三㊁结论与改进方案通过上述分析可以看出,对于使晶体受热均匀从而测定准确温度的文献最多,对于过冷现象的实验改进较少,多数教师选择只演示晶55体的熔化,凝固特点让学生用逆向思维得出即可[4]㊂笔者认为对于物理实验要抱着实事求是的态度,这也是我们要培养学生科学素养的一部分,虽然在初中阶段我们只要求学生知道熔化和凝固的吸热与放热特点,但将晶体在凝固过程中出现的过冷现象作为一个拓展知识让学生了解也未尝不可㊂根据以上对于晶体的分析,从实验安全㊁实验材料的普及性以及操作难度角度来说冰的确是最佳的选择,近5年的文献提出的实验改进也多是基于 冰的熔化与凝固 提出的㊂根据以上的分析提出改进的实验方案㊂(一)实验仪器与材料铁架台㊁试管(12mm~15mm)㊁烧杯㊁温水(30ħ~40ħ)㊁自制螺旋型搅拌器(铜丝)㊁自制降温器(烧杯内装硝酸铵水溶液)㊁碎冰10g (不超过6cm)㊁计算机辅助物理实验系统(DIS)㊂(二)实验操作①将碎冰加入试管中,插入搅拌器与温度传感器,起始温度在-5ħ左右为宜,将试管放入水浴中加热,搅拌加速熔化㊂②观察计算机生成的图像,待熔化结束后2min结束实验㊂③将试管从水浴中取出放入自制降温装置中,搅拌,在1ħ时加入晶核,充分搅拌,待全部凝固2min后结束实验㊂上述实验方案,在时间方面,利用水浴加热㊁自制金属搅拌棒以及冻盐水或硝酸铵水溶液降温可有效缩短实验时间,解决了冰导热性差㊁耗时长的问题;在自制降温器中保存可以解决冰熔点低难以保存的问题;DIS采集温度准确且数目多,可以让学生更清晰地观察到实验中晶体温度的变化㊂参考文献:[1]刘炳昇,李容.义务教育教科书物理八年级上册[M].3版.南京市:江苏凤凰科学技术出版社,2019:39-41.[2]陈晓艳.基于用DIS系统对晶体凝固和熔化的研究[J].物理通报,2015,(11):83-84.[3]汪维澄.凝固与熔化创新实验装置[J].教学仪器与实验,2014,30(5):55-56.[4]方军.水的凝固和熔化实验的探究[J].物理教学探讨,2007,(4):37-38.[5]李安生,吴全洲.晶体熔化实验失败原因的类比分析[J].安阳师范学院学报,2002,(5):41-43. 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关于熔化与凝固实验一些改进方法
关于冰熔化与水凝固实验的一些改进方法
一．实验装置的改进
很多晶体是热的不良导体，在熔化和凝固过程中各处温度不均匀，以致不能准确测温，常温下可在试管中放置辐射铝框，再注入适量的水，先做凝固实验，后做熔化实验，因为铝材的良好导热性和辐射状的特殊结构，能够使冰（水）受热均匀。
也可在碎冰中插入金属螺旋搅拌器，使碎冰充分交换位置，以实现均匀受热。
二．加热方式的改变
用冰做熔化实验时，常温下水浴加热易解冻，试管内外温差小，增加一定温度范围内的测温点数，可使实验曲线更准确，该方法比用手握住试管底部加热或用50℃的温水水浴加热效果好。
在做的凝固实验时，可选用经济实惠、使用适量的冷冻剂，如冰和食盐混合溶解或水和硝酸铵混合溶解，以获得实验所需的温度。
三．实验时间的控制
作为演示或课堂学生分组实验，应尽量使熔化和凝固的全过程在15∽20min内完成，控制办法为：
①对冰凝固后温度不宜降得太低（-5℃左右），熔化后温度不应升得太高（5℃左右）。
②突出熔点（凝固点）。
熔化（凝固）时间控制在3∽4min,固体（液体）升温（降温）时间一般控制在2min左右。
③为了增加实验曲线的描点数，可以每隔0.5min读取1次温度值，观察1次物质的状态。
晶体熔化实验的改进
晶体熔化实验的改进晶体熔化实验是化学实验中常用的一种实验方法，主要用于研究物质的熔化过程，以及熔化过程对物质性质的影响等。
然而，在实际操作中，往往会遇到一些问题，比如实验结果不够准确，操作难度较大等。
因此，对晶体熔化实验的改进，将对实验结果的准确度和实验效率的提升有着重要的作用。
一、改进实验方法传统的晶体熔化实验通常是在试管或烧杯中进行的，需要用火焰进行加热，这种方法存在一些问题，比如加热所需时间长、加热效果不稳定、温度难以控制等。
因此，为了提高实验的准确度和效率，我们可以采用以下改进方法：1. 微波加热法微波加热法是一种比较新颖的实验方法，采用微波进行加热，可以使温度的变化更加精确和稳定。
实验过程中，可以选择合适的微波功率和时间，保证加热的效果和速度，从而获得更高的实验精度和效率。
2. 溶液法溶液法是另一种新颖的实验方法，通过将晶体置于溶液中进行加热，使其熔化。
相比于传统的加热方法，这种方法更加稳定和准确，可以避免加热不均匀等问题，从而获得更可靠的实验结果。
二、改进实验设备实验设备的改进也是提高实验准确度和效率的重要手段。
在晶体熔化实验中，我们可以采用以下设备来替代传统的试管和烧杯等设备：1. 比色皿比色皿是一种具有透明、平直、无色的特点的容器，可以用于实验液体的分析等，它能够减少温度变化的影响，从而提高实验准确度。
2. 恒温水浴恒温水浴是另一种可靠的实验设备，可以使实验温度更稳定和均匀，从而避免加热不均匀、温度波动等问题，提高实验结果的准确度。
三、改进实验步骤实验步骤的改进也是提高实验准确度和效率的重要手段。
在晶体熔化实验中，我们可以采用以下步骤改进：1. 清洗和干燥在实验开始之前，应该对实验设备进行充分的清洗和干燥，以避免杂质和水分的影响。
清洗设备时，可以使用一些清洗剂、去离子水等，从而确保设备的清洁度和干燥度。
2. 反复试验在进行实验时，可以进行多次反复试验以获得更可靠的实验结果。
实验中应该注意实验条件的控制、实验时间的掌握、样品添加量的控制等，从而避免实验误差和可疑结果。
“科学探究熔化和凝固”教学案例分析及改进
“科学探究熔化和凝固”教学案例分析及改进一、教学案例分析熔化和凝固是初中物理课程中的重要内容，教师在教学过程中需要帮助学生理解这一概念，并能够运用所学知识进行解决问题。
以下是一节关于科学探究熔化和凝固的教学案例分析：主题：科学探究熔化和凝固教学目标：通过实验，学生能够观察和描述固体物质熔化和液体物质凝固的现象，理解熔化和凝固的基本原理，并能够解释这些现象的成因。
教学内容：熔化和凝固的概念及实验现象教学步骤：1.导入：通过提问引导学生回顾固体和液体的不同特性，引出熔化和凝固的问题。
2.展示实验：教师展示用烛台烛蜡做实验，观察熔化和凝固的现象，让学生记录观察结果。
3.学生实验：学生分小组进行类似的实验，利用烛蜡或其他物质进行观察和记录。
4.分析实验结果：学生在小组讨论后，汇报实验结果和观察到的现象，让全班讨论熔化和凝固的原理。
5.总结：教师进行总结，让学生掌握熔化和凝固的概念和原理。
6.拓展：引导学生思考更多关于熔化和凝固的问题，并鼓励他们进行更多实验和观察。
教学反思：在教学过程中，学生参与度较高，能够通过实验来帮助他们理解熔化和凝固的现象。
但是在讨论和总结环节，部分学生对于熔化和凝固的原理仍不够清晰。
因此，在下次教学中需要重点加强对于原理的讲解，帮助学生建立更深入的理解。
二、改进方案为了提高教学效果和帮助学生更好地理解熔化和凝固的过程，可以有以下改进方案：1.强化理论知识讲解：在教学中，可以加入更多简单易懂的实验来帮助学生理解熔化和凝固的原理。
同时，教师可以针对不同学生的认知水平，提供更多解释和例子，帮助学生建立起更牢固的概念框架。
2.提倡合作学习：通过小组讨论和合作实验的方式，可以激发学生的学习兴趣，促进学生之间的思维碰撞和交流。
同时，老师可以在小组讨论中引导学生，帮助他们从不同角度思考问题，提高对于熔化和凝固的理解深度。
3.添加互动环节：在教学中融入一些轻松活泼的互动环节，例如游戏、竞赛等，可以让学生更好地参与到课堂中，提高他们的学习积极性和主动性。
晶体的熔化与凝固实验研究实验报告
晶体的熔化与凝固实验研究实验报告姓名：学号：【实验目的】1、研究如何指导中学生的分组实验。
2、如何做好指导学生做好实验记录和绘制实验曲线并用曲线解释物理现象。
3、找出做好本实验的关键问题及误差产生的主要原因。
【实验器材】温度计（100℃）2个、烧杯（400~500ml）、试管、酒精灯、石棉网、支架、秒表、晶体（硫代硫酸钠，俗称海波）等【实验方法】本实验利用“水浴法”观察并测量海波在加热及冷却过程中的温度变化，从而绘制出海波的熔化和凝固曲线，并用曲线确定其熔点。
1、在试管内放入温度计和海波，海波约占试管的1/3左右。
2、在烧杯内放入预先加热温度为40℃的热水，水量以能浸没试管中的海波为准。
3、按上述装置图装置仪器，点燃酒精灯待海波的温度稳定上升到43℃时开始计录，每20s记录一次温度知道55℃为止。
4、将酒精灯盖灭撤去，是融化的海波和烧杯中的水一起在空气中冷却，在降温的同时每隔1分钟记录一次温度变化，读到40℃为止。
5、当海波开始融化到全部融化的过程中，要不断搅拌，尤其在凝固的过程中当看到有闪闪发光的晶体析出时更需要不断搅拌直到海波全部凝固。
6、整理实验仪器用品，根据实验数据在坐标纸上绘制出海波的温度随时间变化的熔化和凝固曲线，并从中确定海波的熔点。
【实验数据及其处理】1、熔化过程时间0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 /1×20s温度/℃43 43.5 44 44.5 45 45.5 45.5 45.5 46 47时间10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 /1×20s温度/℃47 47.5 47.5 48 48 48 48 48 48 48时间20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 /1×20s温度/℃48 48 48 48 48 48.5 49 49.5 50 51时间30 31 32 33/1×20s温度/℃51.5 53.5 552、凝固过程时间1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 /min温度60 58.5 58 57.5 56.5 56 55.5 54.5 54 54 /℃时间11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 /min温度53.5 53 52.5 52 51 50 49.5 49 48 48 /℃时间21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 /min温度47 47 46.5 46 45.5 45.5 44.5 44.5 44 44 /℃时间31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 /min温度43.5 47 48 48 48 48 48 48 48 47 /℃时间41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 /min温度46 45 44 42 41 40/℃3、熔化凝固曲线根据实验曲线可知：海波熔点：48℃海波凝固点：48℃【实验反思及实验改进】1、水浴法：直接用酒精灯加热海波导致受热不均匀，物态变化不明显；由于水的导热性不好，可用水浴法使海波受热均匀，便于观察物态变化；使用水浴法时要将装海波的试管浸入水中保证海波全部在水面下，并对海波不断搅拌使其各部分受热均匀。
“晶体熔化和凝固”实验的注意事项
“晶体熔化和凝固”实验的注意事项兴仁中学冯爱云“晶体熔化和凝固”实验在初中物理实验教学中具有重要地位，但是做起来难以成功，但在教学中我们只要适当注意一些实验细节就能获得较好的实验效果。
对此实验的改进从以下三方面进行阐述。
第一：用奈做实验的注意事项。
奈本身导热性不强，且奈粉颗粒之间充满空气，而空气也是热的不良导体，致使真实的熔化过程是从外到内进行的，经常出现的情况是外层奈熔化，温度高于800C，内层奈还是固体，温度低于800C，凝固过程也类似。
所以实验要成功必须注意以下细节：（1）在奈中加适量的水。
（2）采用螺旋状搅拌器。
（3）严格控制温度。
（4）合理选择仪器，控制水量。
（5）药量要恰到好处。
（6）注意温度计的位置。
（7）注意时间的控制。
第二：用海波做实验的注意事项。
用海波代替萘做晶体熔解和凝固实验有如下优点：1、海波的熔点较低，加热容易，节省了完成实验的时间。
2、实验过程中没有刺激性气味。
3、实验和清洗都方便，提高了实验的成功率。
4、节省了实验经费的开支，因为凝固后的海波稍一加热，很容易倒出，可供下次实验再用。
（一）实验步骤：（1）用海波25克装在大号试管里，在试管内一侧插入一支温度计，温度计应尽量靠近试管壁但不与试管接触。
（2）用一只烧杯装入温度约400C的热水400C。
（3）将上述部件照图1-1组装在铁支架上，再用酒精灯加热。
（4）待温度计读数上升至400C后，每隔一分钟读取一次温度，读到520C为止，在加热过程中要不断地用玻璃棒搅拌海波，使温度均匀。
（5）将酒精灯盖灭并取去，让烧杯中的水及试管自然冷却，并要不断地搅拌液态海波，使温度均匀。
（6）待海波温度降到490C之前液态海波撒5克海波晶体，并随之搅拌，即可排除过冷现象。
（7）当液态海波开始凝固4分钟后，往烧杯中加入适量的冷水，以便节省时间，直到全部凝固为止。
（8）再将试管放入水浴中加热到480C，取出体温计，擦试干净，将海波倒出，可供下次实验用。
晶体熔化实验教学的改进及注意事项
晶体熔化实验教学的改进及注意事项晶体熔化实验所涉及的物理知识面较广、所使用实验器材较多、所耗费实验时间较长，实验过程较为复杂，难以操作. 对于初中生，因其掌握物理知识及动手能力有限，故而较难独立将实验完成. 因此，针对中学生的特点和掌握物理实验、物理知识的现状，中学物理教师对晶体熔化实验教学进行改进并告知学生实验中所注意事项就异常重要. 下面主要就晶体熔化实验教学的改进及注意事项进行分析.一、晶体熔化实验中的常见问题1．晶体熔化实验出现的外部晶体已经熔化，但晶体内部温度尚未到达熔点.2．熔化过程很不明显且难以看到温度保持不变的过程.这两大问题在很大程度上给教学带来了难度，以上问题光靠教师讲解较难被学生接受，但若强行给以灌输也会对学生今后产生不良的影响. 因此，改进晶体熔化实验教学方法势在必行.二、晶体熔化实验中常见问题的原因1．有的教师为了争取时间都是先用较高温度的热水后用酒精灯给其加热，如此一来水温就上升较快，短时间内晶体外部的温度就到达了熔点，然后晶体就开始熔化了. 又因短时间内晶体内吸收的热量较少且温度很低，所以才会出现外部熔化，内部却还在升温的现象. 在内部温度上升至熔点后，所有晶体几乎全部熔化，因而也就难以观察到温度没有变化的过程.2．海波为热不良的导体，因而传热较慢，导致内外温差较大，这也是实验失败主要原因.三、晶体熔化实验教学的改进措施1尽量保持水温和晶体温度不要超过了3° C,只有这样才能保持热传导的均匀，使晶体内外温差较小且延长了实验时间，便于学生观察.2．要加快晶体的传热速率，让晶体内外均充分受热，针对学生特点，要按常规思维程序和探究方法来指导学生，要教会学生方法，引导学生多思考、猜测、多提问题，并带着问题和猜测来操作实验并协助其改进所存在问题.3．在装好相应设备后，将酒精灯点燃并加热，加热的过程中要对水温严格控制不可超过海波温度的3° C.在出现超过海波温度3°C的情况下，就要立刻停止对其加热，直至两个温度计指示温差在2°C左右才可继续加热.4．加热过程中还需不断对其搅拌以便内外受热一致，在晶体里面温度高达42°C的情况下，就要开始记录，并记录1分钟，要保持这段时间内变化均匀，在海波每上升1°C时，变化要一致.5.在外表水温升至47 °C的同时，还需进一步控制晶体内外部温差，温差要保持在1°C以内，晶体准备熔化时，要保持温度基本不变，熔化过程要维持 3 分钟以上，以便整个过程清楚观察.6．海波全部熔化后，这时温度就会上升，结束实验是在两分钟之后.7．教师要训练学生对表格进行设计，并填入相应测量的数据，然后按照数据描绘图象. 不同学生所掌握程度各不相同，教师应当有耐性，针对学生实际情况给予指导以提高教学效果，促进晶体熔化实验教学的顺利开展.四、晶体熔化实验注意事项1.实验开始前注意事项. 在晶体熔化实验前，教师要将观察对象对学生讲解清楚，要引导学生有目的、有意识地观实验过程，避免学生不知道主题、漫无目的的试验，以致实验丧失原本意义.2.教师备课注意事项. 实验开始前，除了学生做好相应准备外，教师也需做好备课. 教师实验前准备必须充分，对于演示实验它是教学的主要手段，因此需教师仔细研究并备课，课前教师最好先自身实验一次以便思考实验中可能存在问题，同时还需做好试验中可能出现故障思想上的准备，以免出现难以预料情况发生或演示失败后的手忙脚乱.3.实验途中注意事项. 实际操作中，教师要用科学语言表达和规范操作来引导学生养成严谨科学实验态度，避免学生将生活中的不良习性和随意性带到实验中，如安装实验器材时，要先安装烧杯，再安装温度计.此外，还需掌握各器材的使用方法，不断归纳总结，为培养学生形成良好物理素养，教师语言一定要具备准确性、专业性、规范性和科学性.综上所述，针对以往晶体熔化实验出现的外部晶体已经熔化，但晶体内部温度尚未到达熔点及熔化过程很不明显且难以看到温度保持不变过程的现象，教师可以有针对性地采取改进措施，促进晶体熔化实验的顺利进行，培养学生的动手实践及思考能力，从而提高教学效果.。
熔化和凝固实验的改进
熔化和凝固实验的改进现行苏科版《物理》（八年级上）第二章第三节《熔化和凝固》教材在引入熔化和凝固两个概念后，通过让学生完成“冰和松香的熔化”实验探究活动总结得出晶体与非晶体不同的熔化特点。
该实验如果按照课本图3-28所示方案进行操作，即把碎冰和碾碎的松香分别放入烧杯和易拉罐中，在冰块和松香中插入温度计，记下它们的初始温度，然后用酒精灯对它们进行加热观察其温度与状态变化情况。
在教学实践中我们发现，对于探究松香的熔化与凝固特点，学生一般能顺利完成，得出正确的结论：非晶体没有一定的熔化温度。
但冰的熔化实验，学生则很难做好。
出现的问题是：一、学生难以观察到冰在熔化前吸热升温但状态保持不变这一物理过程，原因是秋季外界气温仍然很高，教师必须当堂把冰箱中取出的冰块逐份分发给每组学生，让学生迅速安装好实验装置开始实验。
虽然这样处理，但此时冰的温度仍然不断升高，达到-2℃到-1℃已经快接近0℃，有的甚至已经开始熔化了。
二、用酒精灯加热学生很难控制火候，在熔化过程，烧杯中的冰块尚未全部熔化，而此时冰水混合物温度并不保持在0℃不变，其温度已达到4-5℃，由于实验误差较大，学生对晶体的熔化特点就难以得出正确的结论，甚至会形成错误的概念。
因为做好这个实验的难度较大，因此有些老师干脆不开这个学生探究实验，教学效果大打折扣。
为了方便操作，确保实验的成功率，在教学中我们利用冰盐水作为速冻剂对这个实验作了多方面的改进，收到了较好的教学效果。
制作冰盐水非常简单，只要将浓盐水装在水槽里，放到电冰箱的冷冻室里进行冷冻，一夜过后，在水面就会结有一层松软的碎冰，其温度可达到-22℃。
此时，如果我们把装有少量水的玻璃试管插入其中在5分钟左右的时间内，就能使试管里的水迅速结成冰。
课前我们教师必须提前做好的准备工作为：一、用D15╳150mm的小试管代替烧杯，在试管中注入适量的水（水量不宜太多，实践证明也不需要太多，只要能将温度计的液泡浸没即可），把装有橡皮塞食用油在冰盐水中冷冻水和把温度计安装在装水的试管中的温度计插入试管水中，并调整其液泡在水中的深度使液泡稍稍低于水面且不能碰到试管的底和壁。
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热 容量 大热 源较 稳定 ） ．
２ 为 了改善 晶体 的导 热状 况 ， 须充 分搅 拌 ， ） 必 故 需要 改进 搅拌 器． ３ 为防 止试 管 内热量 的耗 散和便 于 固定 温度 ）
间歇式 加 热 的方 法 ， 即每 次 加 热 ０ ５ｍｉ ． ｎ后 撤 去 火焰 ， 观测 温 度 计读 数 ， 到 温度 计 稳 定后 ， 直
收 稿 日期 ：０ １０ —３ ２ １－９０ 作 者 简 介 ： 俊 仙 （９ １ ） 女 ， 任 １ ５ 一 ， 山西 太 原 人 ， 原 师 范 学 院物 理 系 高级 实验 师 ， 事 物 理 实 验 教 学 工 作 太 从
１ ６
物
理
实
验
Ｏ １ ２ ３ ４ ５ ５ ６
摘 要 ： 对 晶 体 熔 化 和 凝 固实 验 的难 点 及 不 足 ， 用 间 歇 式 加 热 的方 法 来 探 究 晶体 熔 化 和 凝 固 实 验 ．通 过 实 验 数 针 采 据 可以看出 ， 晶体 在 熔 化 和 凝 固时 ， 度 保 持 一 段 时 间 不 变 。 本 上 揭 示 了 晶 体 熔 化 和 凝 固 时 的 客 观 规 律 ． 温 基
流， 热传 递 的速率 大大 加强 ， 使得 剩余 的 晶体很 快 就熔 化 ， 结果 得不 到理 想 的温度保 持不 变 的过程 ， 也就 很难 得 出 晶体熔 化 时温 度 保 持 不 变 的结 论 ． 另外 ， 晶体 纯 度不 高 ， 冷现 象等 也是 造成 实验 失 过
败 的原 因．
在 以上 改进 措 施 的 基 础上 ， 笔者 采 用 了间 歇
式 加 热 的方法来 探 究 晶体 的 熔 化 和凝 固实 验 ， 效
果 很好 ．
２ １ 实 验 原 理 ．
然 指示 的温 度也低 于熔 点．而一 旦试 管 中的 晶体
开始熔化 ， 成 液态后， 变 由于 液 态 晶体 产 生 了对
分 别在 烧杯 中加 入一定 温度 的水 ． ５ 为 了克服 海 波 在凝 固过 程 中的过 冷 现 象 ， ）
可 在凝 固前 （ 海波 温 度 降 到 ４ 如 ９℃） 入 少许 粉 加
状海 波 ， 以增加 凝 聚核 ， 即能诱 发 结 晶． ６ 选 用高 纯度 的 晶体做 实验． ）
物质 的温 度 值 ， 时温 度 的读 数才 是 正 确 的．在 这 以上 改进 的实 验 中 ， 由于 与 工作 物 质 的 热 交换 需 要一 定 的时 间而 被 测物 的温 度 又 是 持续 上 升 的 ， 二者 之 间一直 没有 达到 热平 衡．也 就 是说 温 度计 的读 数是 工作 物 质本 身 的温 度 ， 是 当 时被 测 物 不
间歇式 加热 方法 主要 是根据 分 析温度 计 的原
理 而得来 的．液体温 度计 是利 用 液体 的 热胀 冷缩
原理 工作 的 ， 当温 度计 的玻璃 泡 与被测 物接 触时 ，
玻璃 泡 内的工作 物 质 与 被 测物 发 生 热 交 换 ， 工作 物质 的温度发 生 变 化 引起 体 积 变 化 显 示 温度 ， 当 二者 之 间达到 热 平衡 时 ， 度计 的读 数 等 于被 测 温
的 即时温度 ． ２ ２ 实 验 方 法 ．
针对这 些情 况 ， 多 物 理 教 学 工作 者 已做 过 很
大量 探 讨 ， 在 不 断 的改 进 ， 都 已经 取 得 很 大 的进 步， 主要 的改进 如下 ：
１ 为 了便 于控 制 晶 体 热传 递 的 速度 ， ） 选用 大
的试管 （ 晶体 的量 大 并 便 于搅 拌 ） 烧 杯 （ 的 装 和 水
第 ３ 卷 第 １ １ ２期
２１ ０ １年 １ ２月
物 理 实 验
ＰＨ ＹＳＩ ＣＳ ＥＸＰＥＲＩ ＥＮＴＡＴＩ Ｍ ＯＮ
Ｖ０ ． １ ＮＯ １ １３ ．２
Ｄｅ ．， ｃ ２Ｏｌ １
晶体 熔 化 和 凝 固 实验 的 改进
基 础 教 育 研 究 任 俊 仙
（ 太原 师 范学院 物理 系， 西 太原 ０ ０ ３ ） 山 ３ ０ １
５
第 ３ 卷 １
７ ８ ９
５
工 作物 质与 晶液 始终保 持 热平 衡．这种 间 歇式 加 热方法 的特 征是 每次 温度 计 的读数 是温度 计 的工
作 物质 与被 测物 达 到 热 平衡 时 的读 数 ， 即温 度 计
的读数 等 于晶体 的温 度值 ．
２ ３ 实 验 结 果 ．
ｌ ５ ２
ห้องสมุดไป่ตู้
卯 卯 档 １ 鸲 １ 的 ３ Ｏ ５ １ ５ Ｏ
要 原 因是 ： 为该 实 验 中采 用 的 晶体 是 热 的不 良 因 导体 ， 加热 过程 中试 管不 同部位 的晶体温 差较 大． 靠 近试 管壁 的 晶体 已经 熔 化 ， 试 管 中部 的 晶体 而
其 温 度 还低 于熔 点 ．若 温 度计 插 在 这 个 位 置 ， 当
２ 实 验 的改 进
关 键 词 ： 体 熔 化 ； 固 晶 凝 中 图分 类 号 ： ６ ３ ７ Ｇ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５４ ４ （０ １ １—０ ５０ １０ —６ ２ ２ １ ） ２０ １—２
１ 引 言
晶体 的熔 化 和凝 固是 中学物 理 中 比较 重要 的
探究 实 验．但 由于影 响该 实 验 的 因 素较 多 ， 又受 到课 堂时 间的 限制 ， 以实验 常常失 败 ， 所 失败 的主
计 与搅 拌器 ， 管 口加 封 橡皮 塞 ， 上 钻 ２个孔 ， 试 塞
分别 插 温度计 和搅 拌器 ， 并选 定 适宜 的测 温点 ．
读 出结 果．如此 继 续 进 行 下 去 ， 到 晶体 熔 化 可 直
连 续 加 热 ， 时 晶 液 温度 不 再 变 化．温度 计 内的 此
４ 为 了缩 短 实 验 时 间 ， 熔 化 和 凝 固实 验 时 ） 做