晶体的熔化与凝固实验研究实验报告.doc

东北师范大学物理学院实验报告
晶体的熔化与凝固实验研究实验报告
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【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/1×20s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
温度/℃
43
43.5
44
44.5
45
45.5
45.5
45.5
46
47
时间/1×20s
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
温度/℃
47
47.5
47.5
48
48
48
48
48
48
48
时间/1×20s
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
温度/℃
48
48
48
48
48
48.5
49
49.5
50
51
时间/1×20s
30
31
32
33

温度/℃
51.5
53.5
55

2、 凝固过程
时间/min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
温度/℃
60
58.5
58
57.5
56.5
56
55.5
54.5
54
54
时间/min
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
温度/℃
53.5
53
52.5
52
51
50
49.5
49
48
48
时间/min
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
温度/℃
47
47
46.5
46
45.5
45.5
44.5
44.5
44
44
时间/min
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
温度/℃
43.5
47
48
48
48
48
48
48
48
47
时间/min
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
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。
2、 做好本实验的关键问题：合适的搅拌时海波受热均匀，并且保证水温和海波的温度相差保持2~3℃.
3、 搅拌棒的设计：a.本实验中用温度计当搅拌棒显然不合温度计的使用方法。搅拌棒的目的是时海波受热均匀并将吸附在试管壁的海波抹下去，所以可设计一个带有小刷的搅拌棒可绕着试管内壁旋转而不影响温度计测量温度。b.取温度计，把线径合适的铜丝弯成螺旋状绕在温度计上充当搅拌棒，大小要合适试管大小。
4、 海波、水的量及火焰的大小对实验的影响：海波过少或过多热传导过快或过慢导致温度计测量不准；水的量只要能淹没试管内的海波即可，过少导致海波受热不均匀；火焰过大海波物态变化过快温度测量不准确且不易观察，火焰过小物态变化过慢延长了教学时间。
5、 实验中出现过冷和过热的现象：熔化过程中，由于搅拌不均匀导致海波肉热不均匀而出现有的温度高有的温度低，温度低的来不及吸收热量升温，所以在熔化过程中出现过冷现象；同理在凝固过程中由于搅拌不均匀，吸附在试管内壁的海波降温快，而内部降温过慢，导致出现过热现象。
6、 如何节省教学时间：a.实验数据记录：在了解晶体熔化凝固的规律情况下，记录3个熔化前的数据；然后加速升温到海波熔化记录3、4个数据；之后再继续加速加热使海波全部熔化后记录3个数据最后连成熔化曲线。同理凝固过程也可以这样做，选择迅速降温的方式，比如将试管取出置于无气流的空气中。b.由于水、试管、导热性都比较差延长了海波受热均匀的时间，所在海波中掺如某些导热性好、低熔点的金属杂质（如铜丝）加快受热时间。
7、 实验改进：间歇式加热的方法，即每次加热0.5min后撤去火焰， 观测温度计读数，直到温度计稳定后，读出结果。如此继续进行下去，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热平衡时的读数， 即温度计的读数等于晶体的温度值 。
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