热学小实验

热学小实验—气垫“大力士”[标签：热学空气]奥数精华资讯免费订阅找两只上口大、下底小的玻璃杯，叠放在一起。

用手稍稍提起上面一只玻璃杯，对着两只杯子之间的缝隙吹气。

这时候，上面一只玻璃杯会跃跃欲试跳出杯外，提着玻璃杯的那只手，必须用力握着才行。

如果将一枚曲别针放在两只玻璃杯之间，使它们中间留有缝隙，不用手提着，猛一吹气，上面一只玻璃杯“突”的一下，真会跳出下面的杯子哩！这是什么道理？要是在晚会上表演，一定会吸引不少人。

表演时注意，别让跳出的杯子摔在地上，粉身碎骨。

原来，当你对着两只玻璃杯之间的缝隙吹气时，气一下子放不出来，结果在玻璃杯之间形成一股压缩空气垫层，也就是气垫。

持续吹气，气垫层加厚，就会把上面一只杯子给垫起来。

如果不用手握着，最后势必被垫出杯外。

热学小实验—防雾玻璃来源：奥数网文章作者：蔡擎元 2009-10-19 12:57:30[标签：热学]奥数精华资讯免费订阅取一片洁净干燥的玻璃片，在中间部位均匀地涂一薄层洗净剂，将涂有洗净剂的一面朝下，放在盛有开水的暖瓶口上方。

过几秒钟后，拿起玻璃片一看，就会发现，没有涂洗净剂的部位布满小水珠，雾茫茫的；而涂有洗净剂的部位却没有小水珠，仍然是透明的。

水蒸气遇冷会在玻璃片上凝结成许多小水珠，这些小水珠在表面张力的作用下收缩成半球形或球形，使光线散射，所以看上去雾茫茫的。

洗净剂能降低水的表面张力，使水蒸气不能凝结成小水珠，而紧贴玻璃形成一层均匀的水膜，所以看上去仍是透明的。

现在市场上出售的玻璃防雾剂，就是根据这一原理制成的。

如果把镜片涂上这种防雾剂，冬天戴着眼镜去盛汤，镜片上就不会雾茫茫的了。

有趣的热学小实验一在水面下燃烧的蜡烛把蜡烛底部烤化，粘在一个大烧杯中底部的中央，向杯中注入凉水（温度越低越好），直到与蜡烛边缘向平为止。

点燃蜡烛，由于水从那里吸走了热量，使外层的蜡烛达不到熔点，因而不能融化，形成了个蜡制的管子，把火焰保护起来，这样火焰就逐渐跑到水面以下去了。

二点不着的纸将纸条紧紧绕在铜棒上，用火柴去点铜棒上的纸。

这时棒上的纸无论怎样也点不着。

假如在铜棒的一端留一截纸，则这一段可以点燃，当烧到紧贴在棒上的纸时也会熄灭。

原来这是因为铜棒是热的良导体，它能将其吸收的热量很快的传向其他部分，纸时热的不良导体，用火柴点燃棒上的纸时火柴燃烧放出的热量绝大部分被铜棒吸收并传向铜棒的另一端，而纸的温度始终达不到燃点。

试管旅行器材与加工取两个相差较小的玻璃试管，将小试管内壁涂上红色油漆．实验方法①待小试管内油漆干后，将大试管装满水，并把小试管底朝下轻轻压入大管中(约压入大管1/2深处)，让水自动溢出．②将两试管倒过来，让水从管中慢慢流出，见图. 实验现象两管倒过来后，便可看到有趣的现象：在大试管中的水徐徐流出时，小试管慢慢上升，并且速度越来越快，直至大试管顶端．原理解释小试管之所以自动上升，是因为两管倒立后，水从两管壁缝间流出，管中压强减少，小试管底部内外出现压力差．若忽略水的粘滞阻力，当压力差大于小试管本身重量时，小试管就在这个压力差的作用下自动进入大试管，使水徐徐外流．水流出越多，压力差越大，小试管上升的速度越快，直至大试管顶部为止．前几天我在电视上看到一个物理现象：把一瓶水（或非碳酸饮料）放在-18度的冰箱里3个小时。

拿出后还是水，但是猛地一摇晃，水就立刻结成了冰。

请问这是怎么回事？解：水在结冰时,除了水温降到冰点以下，还必须有存在凝結核或者一定外来能量。

这是因为水在结冰时虽然放出热量，但在结冰时，必须需要有一定能量才能克服分子间的势能，才能完成相的转换。

简单的比喻说，人要从台阶上跳下，首先你必须跳得比台阶稍高，才能跳下去。

而存在凝結核（即一些微粒）吸附时，可以减少这一能量的需要。

这个在大学物理中会学到的。

如果水足够纯净，没有凝結核得存在，那么，水在很低的温度下，还是不会结冰的。

这种情况称为过冷。

这时候只要你稍微给点能量，让分子克服分子间的势能，水马上会结冰的。

这种过冷现象的一个应用就是云室。

就是让一些纯净的气体，让它处于露点以下，这时候它过冷，但是由于没有凝結核，不会马上形成液态。

如果有小微粒经过，一路上附近气体凝結，会在云室中留下它们的路径。

这就可以用来观察分子、原子等肉眼无法看到的运动。

飞机在穿过一些云时，如果云团过冷，那么由于飞机表面存在大量凝結核，此时飞机表面会立即结冰，影响飞机安全，也是这个道理。

人工降雨也是通过撒AgI等颗粒，人为造成大量凝結核，使过冷云团凝結，形成降雨的一、海波与蜡的熔化物态变化是物理热学部分学习的重要内容之一。

固体分为精体和非晶体两类，把这一知识介绍给学生很必要。

在这一章里把晶体和非晶体的主要区别讲清，帮助学生理解和掌握，运用实验教学的方法是再好不过的了。

具体做法各有不同，但是，基本方法是相同的。

把学生分为两大组，一组做海波熔化的实验，另一组做蜡熔化的实验。

先组织学生讨论实验的方法、步骤、记录的内容等；教师再讲解实验注意事项。

为了帮助学生获得实验的成功，教师应该根据实验中应用的物理原理，把注意事项一一讲清。

但是物理原理不必先讲，因为有一些物理原理在今后学生才能逐渐学到，在现在讲会分散学生的注意力。

这里涉及到的实验原理主要有，燃料燃烧放热、物体吸热温度升高、晶体有熔点、非晶体没有熔点、热的传导和对流、液体的热胀冷缩。

还要涉及到一些仪器用具的使用方法，主要有酒精灯的使用、温度计的使用、计时器的使用、坐标纸的使用等。

作这个实验时，突出的应该是晶体有熔点，非晶体没有熔点这个物理原理。

训练学生的技能是多方面的。

这里还涉及到一个物理原理，晶体中杂质的浓度对实验结果的影响比较大。

因为晶体中杂质的浓度越大，晶体的熔点越低，实验结果与理论值产生的误差也就越大，会给教学的重点的突出带来一定的负面影响，需要教师占用一些时间进行解释。

所以，实验用的海波纯度要尽量高一些。

实验装置设计时要尽量科学一点。

不要直接用酒精灯对试管里的海波加热，采用加热牛奶的牛奶锅方式加热固体，是一个好方法。

北京人民教育出版社出版的八年级物理课本“第四章物态变化”中的“二熔化和凝固”里设计的观察熔化的实验装置（如图3—2—1所示）是一个符合设计实验原理的科学性的好装置。

二、水的沸点的探究水沸腾的实验往往被忽略掉了。

有些教师主观认为，8年级学生对水的沸腾已经在日常生活中有了了解，不必再耽误宝贵的课堂时间做这个实验了。

这种认识是错误的。

学生在低年级学习科学课时，见到过水沸腾的现象，在家里也见过。

但是，水沸腾时的温度究竟是多少度，他们不十分清楚。

即便有一些同学可以说出水沸腾时的温度是100℃，但是，是不是水沸腾时温度一定是100℃？水在100℃时一定沸腾吗？一般情况下，学生不能给出肯定的回答。

所以，认真做一做水沸腾的实验，（采用图3—2—2装置即可）对水的沸点进行探究是很有必要的。

（一）沸腾时水温——沸点的探究实验实验可以分三种情况做，但是，无论是哪一种，都要使用纯净水。

因为，只有纯净水在一个大气压下沸才是100℃。

也就是说，水的沸点与它的纯度有关。

1．日常生活中水沸腾时的温度日常生活中的大气压基本上是一个大气压，采用图所示的实验装置，观察水沸腾时的温度。

2．水面上气压减小后，水沸腾时的温度降低。

用一只烧瓶装上大约三分之一容积的水，加热致沸腾，撤掉火，用一只胶皮塞把烧瓶的口塞紧。

把烧瓶倒置，用冷水从上往下倒到烧瓶上。

烧瓶内的水又沸腾起来。

作这个实验时，先沿胶皮塞中央插一只温度计。

烧瓶倒置时，温度计恰在水中。

向烧瓶上倒冷水时，注意观察并记录温度计的读数。

3．水在100℃时一定沸腾吗?以上两个实验说明，在一个大气压下，沸水的温度是100℃，当水面上的气压小于一个大气压时，沸水的温度小于100℃。

这是不是说，一个大气压下，100℃的水就一定能够沸腾呢？按图所示的装置作实验，观察大试管里的水温达到100℃时，是否沸腾？三个实验做完后，实验现象会让8年级学生感到吃惊！原来水沸腾还有这么复杂的情况！这里的物理原理对于8年级学生来说是很深奥的，不必做进一步解释。

但是，要通过实验启发他们，遇事多观察，仔细观察，认真分析，不要轻易下结论，培养科学的分析方法。

（二）物理原理简析由于本实验设计到的物理原理，需要经典热力学和统计物理学知识，因此，这里不做定量分析，只定性地说明。

1．100℃是什么概念？100℃是物理学中关于温度的定义。

它规定，一个大气压下水（指纯水）沸腾时的温度为100℃。

2．水的沸点为什么与水面上的气压有关？沸腾是液面上的气压一定时，在液体内部和表面同时进行汽化的现象。

这种汽化是剧烈的，液体在沸腾时不断从外界吸收能量，维持汽化。

在一个大气压下，水的饱和气压是一定的，水中大量动能较大的分子通过做功，克服其他水分子对它的作用，在水中（水内部的气泡面）和水表面转变为汽态分子，具有的动能是一定的。

然而，在一般情况下水分子转变为汽态分子克服水面势能做的功不是一定的，它是一个与水面上气压和水面势能有关的量。

水面势能与温度有关。

这里的关系是，水面上气压越大，水面势能越高，水分子转变为汽分子作的功也就越多，需要水分子具有的动能也必须越大。

水的温度越高，水面势能就越高，同时水分子的平均动能也越大。

水表面上气压越高，饱和气压也越高，水分子汽化需要的动能也就越大。

所以，水面上气压越高，水沸腾时温度就越高；水面上温度越低，水沸腾时的温度就越低。

水沸腾时，大量汽化的分子带走了大量能量，水温度就有降低的趋势，所以必须不断从外界吸收能量，才能使沸腾继续。

如果保持100℃不变，不能从外界补充沸腾时需要的能量，沸腾就不发生。

3．作水的沸腾实验为什么用纯水？物理学研究结果表明，纯净物质的势能与非纯净物质的势能不同。

例如，在相同气压、相同温度下，纯净水分子的平均势能大于非纯净水分子的平均势能。

因此，沸腾时非纯净水中的水分子汽化克服水表面势能作的功小于纯净水中的水分子汽化克服水表面势能作的功。

也就是说，在同样气压下，纯净水与非纯净水沸腾时的温度不同了。

100℃是指纯净水在一个大气压下，沸腾时的温度。

（点击彩图或此处可以观看“水的沸腾”录像）三、漂浮在水面上的奇异小钢针取一枚缝衣用的小钢针，在它的表面上涂一层薄薄的油脂，然后轻轻地平放在水面上，可以看到这个小钢针漂浮在水面上，而不沉入水中。

小钢针漂浮在水面上的物理原理是：由于在针的表面上涂有一层油脂，水对它不浸润，与钢针接触处的水面就有收缩趋势。

因而接近钢针的水面向下弯曲(图3—2—3)。

这时钢针受到重力mg，竖直向下；浮力F，竖直向上；在水面与钢针接触的周界上，水面作用于钢针的表面张力f1和f2是分别与通过a、b垂直于纸面的直线相垂直，与周界处弯曲的水面相切，且指向水面收缩趋势的方向，这两个力的合力f竖直向上。

如果这三种力满足f + F — mg ≥ 0，即f ≥ mg — F时，小针就会漂浮在水面上而不下沉。