陆挺
[摘 要]通过对“物态变化”教学过程中常见的几个难点问题进行深入思考，分析现有实验的局限性与缺陷，并有针对性地改进实验。文章具体分析下面四个问题：1.“白气”是气体还是液体 ？2.固体熔化过程中，温度升高还是不变？3.液体蒸发过程中，是先吸热还是先蒸發？4.当将高温水蒸气通入烧杯中的冷水里时，是液化放热还是传导放热？并对相关实验进行探讨，或是改进完善。
[关键词]物态变化；教学思考；实验改进
[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）29-0055-02
“物态变化”是初中物理教学中较为独立的一部分知识，与生活实际联系紧密，但并不意味着学生很容易理解这部分知识，很多时候，学生对物态变化的理解只浮于表面，造成了很多错误认识。针对这一情况，在“物态变化”教学中既要让学生清晰地看到实验现象，又要使学生深入了解物态变化的本质，让学生把现象和本质有机地联系起来，并能分析解决实际问题。
一、“白气”是气体还是液体
初二学生对自然界物质的三种状态有初步认识，知道冰、霜等是自然界中水的状态，但是对水蒸气的认识却错误者居多。在没有学习“物态变化”时约80%学生认为雾、烧开水冒的“白气”是水蒸气。[1]针对这些问题笔者设计了一些实验，以纠正学生的相关错误。
1.用超声波加湿器说明雾是小水珠
在课上展示，让学生看加湿器，打开开关，发出白雾。加湿器原理是把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水变成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度，这就是超声波加湿的原理。用此装置能使学生对“雾是小水珠”有一个直观的感受。
2.二次加热反证
如图1，不断地给烧瓶加热直至烧瓶中的水沸腾后，在管口会出现“白气”，如果在管口处用酒精灯加热（如图2），“白气”又会消失。利用此方法也证明了“白气”不是水蒸气，而是小水珠，加热“白气”后，它汽化了，才会变成无色无味的水蒸气。
经过正反实验证明，学生普遍能纠正前概念的错误，认识到水蒸气是一种无色无味的气体，我们用眼睛是看不到的，我们看到的“白气”是大量的小水滴聚集在一起，经光线反射、折射和散射，进入眼睛而看到的。
二、固体熔化时，温度升高还是不变
在做晶体熔化实验时，利用水浴法加热，目的是使被加热的物体受热均匀，但试管中的晶体，从与试管内壁接触部分到试管中心部分存在温度差，越靠近管壁的地方温度越高，这样做，实验结果不是十分理想；另外，原实验装置尺寸小，不便观察固液共存状态。笔者对冰熔化实验进行了改进，增大了实验装置，延长了实验时间。学生利用课间时间进行观察。第一天预先在冰箱里凝固好几大块冰，第二天取出几块大冰，在大块冰中钻一个孔，放入数字温度计的探头，起始温度为-5℃，这时所有冰均未熔化，当有液态水出现时，把大块冰敲碎，让探头伸入到冰水混合物中，能保证温度基本维持0℃，这样的冰水混合物状态能维持大约两节课时间（90分钟），期间适当调整探头的位置，使其保持在冰与水的夹层中。这样的大装置好处很多，学生观察清晰，2节课间虽然冰水混合物中冰的含量不同，但温度基本保持0℃，还有装置大，受环境温度影响小。
对于非晶体熔化的实验，如果用酒精灯加热会因为受热不均匀而出现类似固液共存的状态，对学生理解非晶体产生了严重干扰。笔者采用了在自然高温（浴霸）下让其缓慢熔化，能看出渐变的过程，蜡由硬变软，逐渐黏稠，以此说明非晶体没有固液共存的状态，温度也会随着环境温度不断上升。
通过把实验时间拉长，让实验现象更明显，让学生直观了解晶体和非晶体熔化过程中温度的变化情况。
三、液体蒸发时，先吸热还是先蒸发
那么蒸发要吸热，如果液体无法吸热，蒸发是否就无法进行了呢？从宏观角度分析，热量转移的条件是有温度差，液体若能从外界吸热，势必外界温度比液体自身的温度高。那么，当液体处于和自身温度相同甚至比自身温度低的环境中时，无法从外界吸热，还能蒸发吗？当然可以，因为蒸发是液体在任何温度下都可以发生的一种物态变化。由此可见，吸热并非蒸发的条件。
从微观角度解释，蒸发是由于液体表面的一些动能较大的分子，摆脱了其他液体分子对它的束缚，运动到空气中去了。[2]而分子热运动是永不停息的，是不受温度限制的，在任何温度条件下都会进行的，也就是说在任何环境温度下液体表层的分子都有可能运动出去，因此蒸发也不是在吸热的条件下才发生。只是由于温度越高，分子热运动越剧烈，平均动能越大，一定时间内摆脱束缚，运动到外界的分子就越多，所以蒸发越快。
由于部分动能大的分子的离开，必然使剩余液体分子的平均动能有所降低，内能减小，宏观上表现为液体自身温度降低。当液体自身温度降低到比外界温度低时，必然发生热传递，使液体从外界吸收热量，同时也使外界温度降低。这就是“蒸发吸热，使自身及周围的物体温度降低，有致冷效果”的原因。
综上所述，吸热并非蒸发的先决条件，而是蒸发带来的结果，是先有了“蒸发”才有“吸热”。物态变化的过程伴随着能量的转移，但能量的转移究竟是某现象发生的条件还是结果，还需要我们具体问题具体分析。
四、当用高温水蒸气通入烧杯中的冷水里时，是液化放热还是传导放热
在“物态变化”教学中，不少教师经常用如图3所示的实验证明气体液化过程要放热。实验中，酒精灯加热水，沸腾后，把高温的水蒸气通入烧杯中冷水里，看到烧杯中水增加的同时温度也上升了。由此说明了水蒸气液化时要放热。但细心的同学发现了其中的问题，就是通入的水蒸气本身温度就很高，二者相混合时，从热传递的角度来看，冷水温度也会升高。用这种方法证明液化放热，证据有所欠缺。改进实验另取一个烧杯放入相同的冷水，再倒入100℃的开水使混合后的体积与图3液化后的总体积相同，再比较两杯水的温度，才能说明液化需要放热。
初中学生的思维，处于由具体形象思维向逻辑思维过渡的阶段，若将抽象的物理知识转换为具体形象的实验现象或具体的应用，学生易于接受。学生在改进的实验中更易发现物态变化规律，再通过分析一些生活中的实际例子，加深学生对“物态变化”的理解，进而提升学习效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 金利民. 初中物理实验教学的优化策略 [J].中学教学参考， 2018（5）：45-46.
[2] 颜沸，莫滨.关于“观察水的沸腾”实验装置的改进[J].物理之友，2015（1）：13-15.
（责任编辑 易志毅）
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