探究海波的熔化和凝固实验
张洪福
摘要：针对晶体熔化和凝固实验的难点和不足，通过查阅各种不同的资料研究不同方法，反复做了该实验，终于找到一种有效的方法——间隙式加热的方法来探究晶体熔化和凝固实验，报告了实验采用的方法、准备工作，实验目的，实验器材及实验过程和应注意的问题，分析表明该实验效果明显，结果理想，有利于找出晶体熔化和凝固的特点和规律。
关键词：晶体 熔化 凝固 实验过程 规律
目录
1引言 ……………………………………………………………… 2
2.实验设计与测量…………………………………………………… 3 2.1间歇式加热方法……………………………………………… 3
2.2设计实验……………………………………………………… 4 3 实验数据及相关分析……………………………………………… 5 结论…………………………………………………………………… 6 参考文献……………………………………………………………… 7
1 引言
初中物理（苏科版）及有关参考书中只给出了该实验的实验目的，实验仪器配有装置图及药品，实验步骤和结论，没有更详细地介绍该实验所用的仪器规格和药品的多少，也没有提到该实验应该注意的事项，可能出现的问题。通过查资料知道水浴法起始温度为35℃的温水，终止的温度为60℃，根本没有考虑教师或学生在课堂能否完成，按照这个要求做实验在自然条件下需要40—45min,况且温度越高液态的海波凝固的效果越差，因为硫代硫酸钠是热的不良导体，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，而试管中部的晶体其温度还低于熔点，若温度计插在这个位置，当然指示的温度也低于熔点（其温度大概只有38℃—40℃左右），这将严重影响实验的可信度，硫代硫酸钠从开始熔化到全部熔化完这一过程中测硫代硫酸钠的温度是逐渐升高的，体现不出硫代硫酸钠晶体的熔点。凝固过程中若不搅拌，凝固过程中会出现过冷液，硫代硫酸钠的温度有可能降到20℃左右也不凝固，课本的结论学生就会怀疑，影响学生学习物理的兴趣，学生会产生被欺骗的感觉。另外海波的纯度也会对实验造成影响，这样会不利于学生以后的学习，要提高学生的学习兴趣，让学生体验学习的成就感，最好的方法是把该实验变成学生分组实验，指导学生成功的完成实验，这也符合初中物理教学标准的要求。
针对这些情况物理工作者通过坚持不懈的努力，通过大量的实验和改进，已经找到能够缩短实验的时间和保证实验成功的方法，主要的改进方法如下：
(1)为了便于控制晶体热传递的速度，选用大的试管（装晶体的量大并便于搅拌）和烧杯（水的比热容大热源较稳定）。
(2)为了改善晶体的导热状况，必须充分搅拌，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计与搅拌器，试管口加封橡皮
塞，塞上钻两个孔，分别插温度计和搅拌器，并选择适宜的测温点。
(4)为了缩短烧水时间，做熔化和凝固实验时分别在烧杯中假如一定的温水。
(5)为了克服海波在凝固过程中的过冷现象，可在海波凝固前（如海波的温度
降到49℃）加入少许粉状的海波，以增加凝聚核，即能诱发结晶。
2 实验设计与测量
在以上改进措施的基础上，笔者采用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间歇式加热方法
2.1.1实验原理
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体接触时，玻璃泡内的工作物质与被测物体发生热交换，工作物质的温度变化引起体积的变化来显示温度，当两者之间达到热交换平衡时，温度计的读数等于被测物体的温度，这时温度计的读数是准确的。在以上改进的实验中，由于与工作物质之间热的交换需要一定的时间而被测物体的温度又是持续上升的，两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，不是当时被测物质的温度。
2.1.2实验方法
间歇式加热方法，即每次加热0.5min后撤去酒精灯，观测温度计的读数，直到温度计稳定后读出结果。如此进行下去，直到晶体熔化可连续加热，此时晶液温度不再变化。温度计内的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平衡时的读数，即温度计的读数等于晶体的温度值。
2.2 设计实验
本文采用硫代硫酸钠小粉末（将小颗粒晶体磨成粉），实验装置参照苏科版八年级物理书及参考书等，实验中使用大试管来代替中等试管，这样有利于在实验中进行搅拌，烧杯换成250mL，这样有利于加热调节温度，并用自行车条打磨光来作搅拌器，并且在烧杯中加入温水量为120mL～150mL，温水在实验前兑成
35℃～40℃，每支试管中装如硫代硫酸钠质量为25g左右,装置器材由下至上，把温度计A的玻璃泡浸入硫代硫酸钠的粉末中去，温度计B的玻璃泡浸在烧杯水中，用来与温度计A对比观察，使实验过程中烧杯水的温度开始时比硫代硫酸钠的温度不高出2℃，在熔化的过程中烧杯水的温度比硫代硫酸钠的温度不高出1.5℃，并请几位同事指导学生分组实验。
在实验过程中应注意的问题：
（1）仪器装置要规范到位，不能违背实验规则，要求同组学生要分工合作共同完成实验操作，观察现象、读数、记录。
（2）实验装置要检查后再向烧杯中加入兑好的温水，并开始用搅拌器搅拌硫代硫酸钠，使其受热均匀，采用间歇式的加热方法，待温度计的示数为40℃时开始计时，每隔一分钟记录一次温度计A的示数，同时对比温度计B的示数，使得温度计B的示数高于温度计A的示数在2℃～3℃之间，过低就给温度计加热，过高就撤去酒精灯。
（3）待硫代硫酸钠全部熔化后的温度升至58～60℃时，就停止加热，撤去酒精灯和水浴，再重新开始计时，每隔一分钟记录一次温度计A的示数，同时用搅拌器搅拌硫代硫酸钠液体，（1）加速降温（2）防止硫代硫酸钠出现过冷而不凝固，同时观察硫代硫酸钠的状态变化和温度计A的示数并做好记录（在温度降到49℃时加入少许海波粉末），直至硫代硫酸钠开始凝固再停止搅拌，待温度计的示数降到42℃读数停止。
3 实验数据及相关分析
该实验测量了硫代硫酸钠从40℃开始到58℃之间的温度变化及时间, 同时观察了它的状态变化, 记录结果如表1.实验外界条件室温为20℃, 大气压低于标准
由此可见, 硫代硫酸钠在固态时, 对它加热温度逐渐升高,直到加热到47℃在试管壁开始出现少量熔化的硫代硫酸钠液体, 但温度计A 的示数还在上升, 但较慢, 温度升到48℃就不在上升保持不变, 说明硫代硫酸钠的熔化温度为48℃,
47℃有液态硫代硫酸钠是由于硫代硫酸钠是热的不良导体, 试管壁受热温度高于内部温度.提前达到了熔化温度, 熔化过程温度不变, 出现固液共存状态, 这时固体逐渐减少, 液体逐渐增多、吸收的热量用于熔化(破坏晶体的空间点阵结构), 48℃就是该实验条件下的熔点.直到硫代硫酸钠全部熔化温度又开始上升, 该实验较好地验证了晶体的熔化特点。有利于学生寻找规律得出科学结论.待加热到58℃撤去酒精灯和水浴, 停止给硫代硫酸钠加热, 液态的硫代硫酸钠温度下降, 在搅拌器搅拌下加速, 从停止加热重新开始计时和记录硫代硫酸钠的温度, 到开始有结晶停止搅拌, 直到硫代硫酸钠温度降到40℃为止, 观察记录如
由此可以看到, 凝固过程符合晶体的凝固特点。硫代硫酸钠的熔化温度近似等于凝固温度, 产生这个方面的原因可能有两个①由于加热时可能使硫代硫酸钠失去少量结晶水, ②由于凝固开始是从试管壁, 温度计玻璃泡上开始, 温度计玻璃泡凝固的硫代硫酸钠阻止了热量的传递, 忽略误差, 可得出同种晶体熔点和凝固点相等的结论。
结论
硫代硫酸钠的熔化和凝固实验较好地反映了晶体的熔化和凝固规律。 硫代硫酸钠做晶体的熔化和凝固实验有如下优点:
( 1) 无毒, 比用萘做实验更安全, 特点是熔化和凝固现象较明显, 规律性较强, 更适合学生做探究性实验。
( 2) 硫代硫酸钠做实验所需温度较低, 更利于课堂上操作完成, 危险性比较小。
间歇式法加热的方法可以客观的反映晶体熔化和凝固的规律，不仅实验结果精确度高，实验速度快，而且实验仪器价格低廉，取材方便。
参考文献
[1]贺力.硫代硫酸钠的熔化和凝固探究[N].希望月报.2007.7
[2]任俊仙.晶体熔化和凝固实验的改进[J].物理实验.2011.12
探究海波的熔化和凝固实验
张洪福
摘要：针对晶体熔化和凝固实验的难点和不足，通过查阅各种不同的资料研究不同方法，反复做了该实验，终于找到一种有效的方法——间隙式加热的方法来探究晶体熔化和凝固实验，报告了实验采用的方法、准备工作，实验目的，实验器材及实验过程和应注意的问题，分析表明该实验效果明显，结果理想，有利于找出晶体熔化和凝固的特点和规律。
关键词：晶体 熔化 凝固 实验过程 规律
目录
1引言 ……………………………………………………………… 2
2.实验设计与测量…………………………………………………… 3 2.1间歇式加热方法……………………………………………… 3
2.2设计实验……………………………………………………… 4 3 实验数据及相关分析……………………………………………… 5 结论…………………………………………………………………… 6 参考文献……………………………………………………………… 7
1 引言
初中物理（苏科版）及有关参考书中只给出了该实验的实验目的，实验仪器配有装置图及药品，实验步骤和结论，没有更详细地介绍该实验所用的仪器规格和药品的多少，也没有提到该实验应该注意的事项，可能出现的问题。通过查资料知道水浴法起始温度为35℃的温水，终止的温度为60℃，根本没有考虑教师或学生在课堂能否完成，按照这个要求做实验在自然条件下需要40—45min,况且温度越高液态的海波凝固的效果越差，因为硫代硫酸钠是热的不良导体，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，而试管中部的晶体其温度还低于熔点，若温度计插在这个位置，当然指示的温度也低于熔点（其温度大概只有38℃—40℃左右），这将严重影响实验的可信度，硫代硫酸钠从开始熔化到全部熔化完这一过程中测硫代硫酸钠的温度是逐渐升高的，体现不出硫代硫酸钠晶体的熔点。凝固过程中若不搅拌，凝固过程中会出现过冷液，硫代硫酸钠的温度有可能降到20℃左右也不凝固，课本的结论学生就会怀疑，影响学生学习物理的兴趣，学生会产生被欺骗的感觉。另外海波的纯度也会对实验造成影响，这样会不利于学生以后的学习，要提高学生的学习兴趣，让学生体验学习的成就感，最好的方法是把该实验变成学生分组实验，指导学生成功的完成实验，这也符合初中物理教学标准的要求。
针对这些情况物理工作者通过坚持不懈的努力，通过大量的实验和改进，已经找到能够缩短实验的时间和保证实验成功的方法，主要的改进方法如下：
(1)为了便于控制晶体热传递的速度，选用大的试管（装晶体的量大并便于搅拌）和烧杯（水的比热容大热源较稳定）。
(2)为了改善晶体的导热状况，必须充分搅拌，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计与搅拌器，试管口加封橡皮
塞，塞上钻两个孔，分别插温度计和搅拌器，并选择适宜的测温点。
(4)为了缩短烧水时间，做熔化和凝固实验时分别在烧杯中假如一定的温水。
(5)为了克服海波在凝固过程中的过冷现象，可在海波凝固前（如海波的温度
降到49℃）加入少许粉状的海波，以增加凝聚核，即能诱发结晶。
2 实验设计与测量
在以上改进措施的基础上，笔者采用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间歇式加热方法
2.1.1实验原理
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体接触时，玻璃泡内的工作物质与被测物体发生热交换，工作物质的温度变化引起体积的变化来显示温度，当两者之间达到热交换平衡时，温度计的读数等于被测物体的温度，这时温度计的读数是准确的。在以上改进的实验中，由于与工作物质之间热的交换需要一定的时间而被测物体的温度又是持续上升的，两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，不是当时被测物质的温度。
2.1.2实验方法
间歇式加热方法，即每次加热0.5min后撤去酒精灯，观测温度计的读数，直到温度计稳定后读出结果。如此进行下去，直到晶体熔化可连续加热，此时晶液温度不再变化。温度计内的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平衡时的读数，即温度计的读数等于晶体的温度值。
2.2 设计实验
本文采用硫代硫酸钠小粉末（将小颗粒晶体磨成粉），实验装置参照苏科版八年级物理书及参考书等，实验中使用大试管来代替中等试管，这样有利于在实验中进行搅拌，烧杯换成250mL，这样有利于加热调节温度，并用自行车条打磨光来作搅拌器，并且在烧杯中加入温水量为120mL～150mL，温水在实验前兑成
35℃～40℃，每支试管中装如硫代硫酸钠质量为25g左右,装置器材由下至上，把温度计A的玻璃泡浸入硫代硫酸钠的粉末中去，温度计B的玻璃泡浸在烧杯水中，用来与温度计A对比观察，使实验过程中烧杯水的温度开始时比硫代硫酸钠的温度不高出2℃，在熔化的过程中烧杯水的温度比硫代硫酸钠的温度不高出1.5℃，并请几位同事指导学生分组实验。
在实验过程中应注意的问题：
（1）仪器装置要规范到位，不能违背实验规则，要求同组学生要分工合作共同完成实验操作，观察现象、读数、记录。
（2）实验装置要检查后再向烧杯中加入兑好的温水，并开始用搅拌器搅拌硫代硫酸钠，使其受热均匀，采用间歇式的加热方法，待温度计的示数为40℃时开始计时，每隔一分钟记录一次温度计A的示数，同时对比温度计B的示数，使得温度计B的示数高于温度计A的示数在2℃～3℃之间，过低就给温度计加热，过高就撤去酒精灯。
（3）待硫代硫酸钠全部熔化后的温度升至58～60℃时，就停止加热，撤去酒精灯和水浴，再重新开始计时，每隔一分钟记录一次温度计A的示数，同时用搅拌器搅拌硫代硫酸钠液体，（1）加速降温（2）防止硫代硫酸钠出现过冷而不凝固，同时观察硫代硫酸钠的状态变化和温度计A的示数并做好记录（在温度降到49℃时加入少许海波粉末），直至硫代硫酸钠开始凝固再停止搅拌，待温度计的示数降到42℃读数停止。
3 实验数据及相关分析
该实验测量了硫代硫酸钠从40℃开始到58℃之间的温度变化及时间, 同时观察了它的状态变化, 记录结果如表1.实验外界条件室温为20℃, 大气压低于标准
由此可见, 硫代硫酸钠在固态时, 对它加热温度逐渐升高,直到加热到47℃在试管壁开始出现少量熔化的硫代硫酸钠液体, 但温度计A 的示数还在上升, 但较慢, 温度升到48℃就不在上升保持不变, 说明硫代硫酸钠的熔化温度为48℃,
47℃有液态硫代硫酸钠是由于硫代硫酸钠是热的不良导体, 试管壁受热温度高于内部温度.提前达到了熔化温度, 熔化过程温度不变, 出现固液共存状态, 这时固体逐渐减少, 液体逐渐增多、吸收的热量用于熔化(破坏晶体的空间点阵结构), 48℃就是该实验条件下的熔点.直到硫代硫酸钠全部熔化温度又开始上升, 该实验较好地验证了晶体的熔化特点。有利于学生寻找规律得出科学结论.待加热到58℃撤去酒精灯和水浴, 停止给硫代硫酸钠加热, 液态的硫代硫酸钠温度下降, 在搅拌器搅拌下加速, 从停止加热重新开始计时和记录硫代硫酸钠的温度, 到开始有结晶停止搅拌, 直到硫代硫酸钠温度降到40℃为止, 观察记录如
由此可以看到, 凝固过程符合晶体的凝固特点。硫代硫酸钠的熔化温度近似等于凝固温度, 产生这个方面的原因可能有两个①由于加热时可能使硫代硫酸钠失去少量结晶水, ②由于凝固开始是从试管壁, 温度计玻璃泡上开始, 温度计玻璃泡凝固的硫代硫酸钠阻止了热量的传递, 忽略误差, 可得出同种晶体熔点和凝固点相等的结论。
结论
硫代硫酸钠的熔化和凝固实验较好地反映了晶体的熔化和凝固规律。 硫代硫酸钠做晶体的熔化和凝固实验有如下优点:
( 1) 无毒, 比用萘做实验更安全, 特点是熔化和凝固现象较明显, 规律性较强, 更适合学生做探究性实验。
( 2) 硫代硫酸钠做实验所需温度较低, 更利于课堂上操作完成, 危险性比较小。
间歇式法加热的方法可以客观的反映晶体熔化和凝固的规律，不仅实验结果精确度高，实验速度快，而且实验仪器价格低廉，取材方便。
参考文献
[1]贺力.硫代硫酸钠的熔化和凝固探究[N].希望月报.2007.7
[2]任俊仙.晶体熔化和凝固实验的改进[J].物理实验.2011.12