逍遥学能 2016-03-26 09:32
常温常压下测定水的沸点的探究性实验研究
物理老师正按物理教科书中的实验步骤进行用酒精灯和温度计测量烧杯中水的沸点的实验演示，但实验测得水的沸点是94℃。在教科书上明明写着：在标准大气压下水的沸点是100℃，这是什么原因造成的呢？物理老师解析说是由于大气压的影响和温度计误差造成的。我们决定研究究竟哪个因素影响最大？
二、探究过程
1．提出问题
我们首先按照物理教科书上的实验要求，仔细检查实验操作过程及读数规范要求，都没有发现问题，又选择其他品牌的酒精温度计重新进行实验，实验结果与前面相同。为什么测量出水的沸点都是94℃呢？
2．猜想
通过分析认为大气压、温度计在烧杯中的不同位置和烧杯本身形状，这三个因素有可能影响水的沸点测定的准确性。
3．进行实验
通过在不同位置高度以及同一高度在晴天与雨天条件下对水的沸点进行测量，所测得的水的沸点差异不明显，所以大气压对水的沸点测定的影响，不是本实验数据产生误差的主要因素。同样，通过实验也排除了温度计的下端的水银球部分在水中的位置而导致水的沸点测量不准确的可能。
余下只有一个因素，就是烧杯，那么是否是由于在实验中使用了烧杯这个不合理的测量装置而造成水的沸点的测量误差呢？为了验证这个假设，我改用不同容量的烧杯和圆底烧瓶进行对比实验，结果表明：使用不同容量的烧杯测量出水的沸点结果差异不大，而使用烧杯和烧瓶的实验结果差异明显，而且使用烧瓶测量出水的沸点刚好为100℃。
4．分析与论证
烧杯和烧瓶的主要差异在口的大小不同和瓶颈的长短不一样，通过比较可以看出烧杯较烧瓶容易散热。温度计的原理是热胀冷缩，玻璃泡中的酒精会随水温的升高而膨胀，沿着毛细管上升。而烧杯中温度计有2／3部分露在空气中，所以在酒精上升过程中与周围的冷空气发生热交换，使最终的读数产生误差。而烧瓶一方面口小，另一方面瓶颈较长，温度计只有1／4部分露在空气中，所以热传递对读数产生的误差较小，能够准确测量出常温常压下水的沸点的值。
5．结论
由于物理教科书上的演示实验使用的烧杯的散热效应，使温度计受周围空气的影响而造成实验结果不正确。改用保温性能较好的烧瓶以后，实验测得的水的沸点为100℃，与教科书上的结论一致。所以，建议做这个演示实验时，改用不易散热的圆底烧瓶或在烧杯口的上方套一只塑料袋，这样才能获得理想的实验结果。
三、小结与反思
我们在老师的提示和指导下开展这次活动，分析归纳得出结论，今后对课本的实验敢于质疑，挑战权威，加深对知识的理解和巩固。
四、提出新的问题
对于课本的同类实验我们准备进行探究，拓展思路，多方验证其的精确性，为今后老师实验的准确性提供依据。