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建議教學活動



結 冰 時 的 水 與 鹽 水

簡 介

這 個 活 動 是 要 觀 察 兩 杯 水 (一 杯 是 普 通 水 , 一 杯 是 鹽 水 ), 在 凝 結 成 冰 時 溫 度 的 改 變 。 這 個 實 驗 最 能 證 明 鹽 是 會 將 水 的 凝 固 溫 度 降 低 的 , 也 可 通 過 這 實 驗 介 紹 潛 熱 等 相 關 理 論 。

實 驗 儀 器

數 據 收 集 器 及 接 駁 之 電 腦
溫 度 感 應 器 兩 個
兩 個 水 杯
食 鹽
冰 箱

步 驟



將 兩 個 杯 盛 滿 水 , 水 的 高 度 要 足 夠 浸 著 溫 度 感 應 器 。 用 越 多 的 水 實 驗 所 需 的 時 間 就 越 長 。
在 其 中 一 杯 水 中 加 入 食 鹽 攪 拌 , 直 至 溶 液 達 至 飽 和 (即 不 能 再 溶 解 加 入 水 中 的 鹽 )。 在 杯 上 做 上 記 號 方 便 辨 認 。
預 備 一 張 咭 紙 , 在 上 面 切 出 兩 個 圓 形 , 造 成 咭 紙 封 蓋 。 在 圓 形 中 心 切 出 兩 個 小 洞 , 方 便 放 入 溫 度 感 應 器 , 將 咭 紙 封 蓋 放 在 杯 上 , 以 防 止 水 從 杯 中 濺 出 , 並 提 供 一 個 較 絕 緣 的 環 境 。
將 溫 度 感 應 器 分 別 放 入 杯 中 , 用 橡 膠 圈 固 定 其 位 置 。 最 好 將 溫 度 感 應 器 置 於 中 央 及 沒 有 接 觸 到 邊 沿 的 位 置 。
將 感 應 器 接 駁 到 數 據 收 集 器 , 啟 動 數 據 收 集 器 軟 件 。 將 兩 個 溫 度 感 應 器 所 收 集 到 的 數 據 分 別 標 識 為 「水」 及 「鹽 水」, 確 定 兩 個 溫 度 感 應 器 正 在 記 錄 讀 數 。
將 軟 件 設 定 為 每 分 鐘 記 錄 一 次 。
將 兩 杯 溶 液 同 時 放 進 冰 箱 並 將 門 關 好 , 將 溫 度 感 應 器 的 電 線 小 心 放 好 以 免 將 溫 度 感 應 器 從 杯 中 拉 出 。
開 啟 軟 件 並 開 始 記 錄 數 據 , 將 所 得 讀 數 繪 成 圖 線 。 兩 個 溫 度 感 應 器 所 得 的 溫 度 應 該 是 下 降 的 。
繼 續 實 驗 直 至 兩 個 溫 度 感 應 器 所 得 的 讀 數 一 樣 , 並 且 再 沒 有 變 化 為 止 。

問 題 討 論

1. 在 清 水 的 圖 線 上 , 觀 察 圖 線 的 斜 率 變 化 , 試 找 出 下 列 不 同 階 段 的 開 始 時 間 及 溫 度 。

清 水 開 始 時 間 開 始 溫 度
由 室 溫 到 開 始 結 冰 前 0分  
開 始 結 冰    
開 始 降 至 冰 箱 的 最 低 溫 度    
在 冰 箱 最 低 溫 度 的 固 定 溫 度    

2. 請 解 釋 為 何 在 清 水 開 始 凝 固 前 , 溫 度 下 降 得 很 快 。 但 當 凝 固 時 , 溫 度 卻 相 對 較 穩 定 ?

3. 加 了 鹽 的 那 一 杯 水 在 哪 一 個 溫 度 開 始 凝 固 ? 為 何 溫 度 會 比 清 水 低 ?

4. 留 意 在 凝 固 為 冰 時 兩 杯 水 所 得 出 的 圖 線 , 清 水 得 出 的 圖 線 較 平 , 而 鹽 水 得 出 的 圖 線 斜 率 較 明 顯 , 為 何 會 有 這 個 現 象 的 呢 ? ﹝ 提 示 : 暖 水 可 溶 解 較 多 份 量 的 鹽 在 水 中 ﹞

5. 如 留 意 圖 線 在 開 始 凝 固 為 冰 時 , 會 發 現 有 一 轉 折 位 , 溫 度 會 先 上 升 一 段 短 時 間 再 下 降 。 試 解 釋 原 因 。

6. 試 想 像 當 這 兩 個 樣 本 取 出 來 後 , 在 等 待 杯 中 的 溫 度 回 復 到 室 溫 的 過 程 中 , 杯 中 的 溫 度 會 有 何 轉 變 ? 試 將 你 的 想 法 繪 成 圖 線 。

7. 水 的 純 淨 度 會 如 何 影 響 圖 線 的 形 狀 ?

8. 試 說 明 鹽 水 的 濃 度 對 結 果 會 有 何 影 響 ?

9. 如 將 實 驗 由 凝 固 成 冰 改 為 加 熱 煮 沸 , 你 估 計 得 出 的 結 果 會 是 怎 樣 的 呢 ?

10. 利 用 這 個 實 驗 中 所 得 的 結 果 , 推 算 出 凝 固 成 冰 時 的 潛 熱 是 多 少 ? ﹝ 要 先 知 道 水 的 熱 容 量 ﹞


教 師 筆 記

整 個 實 驗 所 需 的 預 備 時 間 不 多 , 但 卻 可 能 需 要 數 小 時 才 能 完 成 。 因 此 , 在 之 前 要 先 做 好 計 劃 , 可 在 早 上 開 始 , 下 午 再 查 看 實 驗 結 果 ; 又 或 在 下 午 開 始 , 讓 儀 器 整 夜 記 錄 數 據 , 第 二 天 早 上 再 查 看 。

水 的 純 淨 度 可 能 會 影 響 到 實 驗 的 結 果 。 使 用 樽 裝 水 可 能 比 水 喉 水 有 較 佳 的 效 果 。


 
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