物理實驗變溫裝置

① 如圖甲所示，是「」研究水沸騰時溫度變化特點的裝置圖．（1）實驗時，小雯向燒杯中倒入熱水而不用冷水，

（1）液體從抄加熱到沸騰需要的時間的長短與很多因素有關：水量的多少、水溫的高低、火力的大小、是用酒精燈的外焰還是內焰加熱等等，發現從開始加熱到沸騰的這段時間過長；故在實驗中，向燒杯內倒入熱水，這樣可以縮短將水加熱至沸騰所需的時間；還可以採取的措施是：減小水的質量．
（2）a中氣泡在上升過程中體積逐漸變大，所以是沸騰時的現象；b圖中氣泡在上升過程中體積逐漸減小，所以是沸騰前的現象．
（3）首先確定橫軸和縱軸代表的物理量和相應的標度，然後確定對應點，最後描點連線做出圖象，如下圖；（4）從實驗數據可以看出，水不斷吸收熱量，溫度保持99℃不變，所以此時水的沸點是99℃，為了說明水沸騰過程中需要吸熱，可以將酒精燈撤去，觀察水能否繼續沸騰即可．
故答案為：（1）縮短將水加熱至沸騰所需的時間；減小水的質量；
（2）a；
（3）見下圖：

（4）99；撤去酒精燈，觀察水能否繼續沸騰．

② 物理熱學實驗有哪些

一、探究水沸騰時溫度變化的特點（觀察水的沸騰）
實驗器材：燒杯、鐵架台、水、石棉網、溫度計、鍾表
實驗操作的重點：水能否沸騰，沸騰時測量出溫度值
實驗結論：水在沸騰時，持續吸熱但溫度保持不變

相關探究問題：
1、在安裝實驗裝置時，應當「從上到下」還是「從下到上」安裝？
——應「從下到上」安裝實驗裝置，減少調試裝置的時間
2、為什麼要使用石棉瓦？為什麼要加蓋？
——使燒杯均勻受熱
加蓋子的目的1是可以減少熱量的損失，縮短實驗時間，2是可以防止燒杯里的水蒸汽液化成小水滴附著在溫度計上，影響讀數。
3、如何縮短實驗時間？
——1用少量的水（以可以完全浸沒溫度計的玻璃泡為准）2用初溫高的水3給燒杯加蓋子
4、如何得知沸騰過程溫度不變，但需要繼續吸熱？
——移去酒精燈，水的沸騰就停止了，這就說明沸騰就要持續吸熱
5、有時候移去酒精燈，我們發現燒杯內的水還會再沸騰一會兒後才停止沸騰，你覺得是什麼原因？
——石棉瓦上還有殘余的熱量提供給燒杯內的水
6、如果發現水沸騰時溫度不是100℃ ，而是98℃ ，能不能在記錄表格中將它們改成100℃ ？你認為有哪些原因造成沸點沒有達到100℃ ？
——不能，實驗數據不能更改，應實事求是。
實驗當時的氣壓低於標准大氣壓造成沸點降低。
二、探究固體熔化時溫度隨時間變化的規律
實驗器材：燒杯、試管、鐵架台、水、石棉瓦、溫度計、鍾表、攪拌器、碎冰、石蠟
實驗結論：
晶體熔化時有固定的熔化溫度，即熔點，而非晶體沒有熔點．
晶體熔化時要吸收熱量，但溫度不變；
非晶體熔化時要吸熱，物質先變軟再變稠，然後再變稀，溫度持續上升
註：本實驗從教學進程的角度上來說，應該是在上一個「觀察水的沸騰」實驗之前，但因為這個實驗乃是演示實驗，不是課程標准里規定的「20個學生必做實驗」之一，所以就排在後面了。「觀察水的沸騰」是學生必做實驗

相關探究問題：
（本實驗中的很多探究問題和「觀察水的沸騰」實驗相重合，同時這兩個實驗在實驗操作中，都非常關注「均勻受熱」，可以說所做的種種操作目的都是為了「均勻受熱」，這一點請同學們關注）
1、為什麼要使用小顆粒固體進行實驗？
——1是可使溫度計的玻璃泡與固體充分接觸；2小顆粒固體易均勻受熱
2、為什麼要使用「水浴法」對研究對象進行加熱而不是直接將之在試管上加熱？
——1是可使被加熱的固體均勻受熱；2是可使被加熱的固體升溫緩慢，便於觀察溫度變化規律
3、燒杯中水量的規定及試管插入水中的位置要求
——燒杯中的水量不宜太多，避免加熱時間過長，高度要能夠浸沒試管中裝有的固體，同時試管不能接觸到燒杯底和燒杯壁

③ 恆溫槽的溫度波動性指標為多少

實驗一 恆溫槽恆溫性能的測試

一、實驗目的
1.了解恆溫槽的構造及恆溫原理，掌握恆溫操作技術。
2.繪制恆溫槽的靈敏度曲線，學會分析恆溫槽的性能。


二、實驗原理

許多物理化學量都與溫度有關，要准確測量其數值，必須在恆溫下進行。實驗室最常用的是用恆溫槽來控制溫度維持恆溫，它是以某種液體為介質的恆溫裝置，依靠溫度控制器來自動調節其熱平衡。

圖1－1 恆溫槽裝置圖

1－浴槽；2－電熱絲；3－攪拌器；4－溫度計；

5－接觸溫度計；6－溫度控制器
恆溫槽一般是由浴槽、攪拌器、加熱器、接觸溫度計、溫度控制器和溫度計等部分組成，現分別介紹如下：（如圖所示）實驗開始時，先將攪拌器3啟動，將實驗目標溫度調至所需恆溫溫度（例如25℃），若此時浴槽1內的水溫低於25℃，則接觸溫度計5的兩條引出線斷路，則溫度控制器6發出指令對加熱器2通電加熱，使浴槽1內的水溫升高，當浴槽1內的水溫達到25℃時，接觸溫度計5的兩條引線導通，則溫度控制器6發出指令對加熱器2停止加熱。以後當浴槽1內的水因對外散熱使溫度低於25℃時，則接觸溫度計5的兩條引線再次斷路，則加熱器2重新工作。這樣周而復始就可使介質的溫度在一定范圍內保持恆定。
由於這種溫度控制裝置屬於「通」「斷」類型，當加熱器接通後傳熱使介質溫度上升並傳遞質溫度上升並傳遞給接觸溫度計，使它的水銀柱上升。由於傳質、

傳熱都需要一定時間，因此，會出現溫度傳遞的滯後現象。即當接觸溫度計的水

銀觸及鎢絲時，實際上電熱器附近的水溫已超過了指定溫度，因此，恆溫槽溫度

必高於指定溫度。同理，降溫時也會出現滯後現象。由此可知，恆溫槽控制的溫

圖1-2 溫度控制器的電路圖
T-電源變壓器；D1、D2、D3、D4-2AP3晶體二級管；J-121型靈敏繼電器；
C1、C1-濾波電容；L1-工作指示氖炮；L2-電源指示燈炮。

度有一個波動范圍，而不是控制在某一固定不變的溫度，並且恆溫槽內各處的溫度也會因攪拌效果的優劣而不同。控制溫度的波動范圍越小，各處的溫度越均勻，恆溫槽的靈敏度越高。靈敏度是衡量恆溫槽性能的主要標志，它除與感溫元件、電子繼電器有關外，還受攪拌器的效率、加熱器的功率等因素的影響
恆溫槽靈敏度的測定是在指定溫度下，用較靈敏的溫度計，如貝克曼溫度計或精密溫差測量儀，記錄恆溫槽溫度隨時間的變化，若最高溫度為t1，最低溫度為t2，則恆溫槽的靈敏度tE為

靈敏度常以溫度為縱坐標，以時間為橫坐標，繪製成溫度 - 時間曲線來表示。

圖1-3 靈敏度曲線

在圖1-3中曲線(a)表示恆溫槽靈敏度較高；(b)表示加熱器功率太大；(c)表示加熱器功率太小或散熱太快。(b)、(c)靈敏度較低。
為了提高恆溫槽的靈敏度，在設計恆溫槽時要注意以下幾點：
1.恆溫槽的容量要大些，其熱容量越大越好。
2.盡可能加快電熱器與接觸溫度計間傳熱的速率。為此要使：(1)感溫元件的熱容盡可能小，感溫元件與電熱器間距離要近一些；(2)攪拌效率要高。
3.作調節溫度用的加熱器功率要小些。

三、儀器與試劑

玻璃恆溫水浴玻璃缸 1個

精密溫差測量儀 1台

停表 1塊

四、實驗步驟

1.將蒸餾水注入浴槽至容積的2/3處，將接觸溫度計、攪拌器、電熱器、溫度計和精密電子溫差測量儀的溫度探頭等安裝好。
2.將恆溫槽控制面板上的測量/設定開關打倒設定檔，將溫度設定為目標溫度，如25℃。

3.將恆溫槽控制面板上的測量/設定開關打倒測量擋，此時恆溫槽的加熱器開始工作。
4.測定恆溫槽的靈敏度。待恆溫槽溫度恆定在30℃時的10 min後，按精密電子溫差測量儀上的置零鍵置零，然後用手錶每隔30秒記錄一次貝克曼溫度計的讀數，測定30min。

5.同法測定另一溫度（如30℃）下恆溫槽的靈敏度和靈敏度曲線。
五、數據記錄和處理
1、將實驗測定的數據記錄於表中：（室溫： ℃ 壓力： kPa）
2、以時間為橫坐標，以溫度為縱坐標，繪制溫度-時間曲線；取最高點與最低點溫度計算恆溫槽的靈敏度tE。

六、討論

1. 本實驗的恆溫裝置屬於常溫區的裝置，且恆溫溫度只能高於室溫，所以不能用於低於室溫的恆溫要求，若需在低於室溫下恆溫則要另外配備其他元件。另外，本實驗裝置只能通過控溫系統使恆溫槽的溫度升溫達到所指定的溫度並維持恆定。而不能通過溫控系統使高於指定溫度的恆溫槽中水浴的溫度降溫達到所指定的溫度。遇到這種情況只能通過自然降溫的方式或向水浴中添加較低溫度的蒸餾水辦法來實現。
2. 本實驗所使用的恆溫槽是自組裝的，實驗室還經常使用一種由生產廠家組裝好的恆溫槽，稱之為超級恆溫槽。其恆溫原理與基本構造與自組裝的基本相同。不同之處在於超級恆溫槽有循環水泵，能使恆溫水循環流經待測體系，使待測體系得以恆溫。值得注意的是，超級恆溫槽中的用水同樣應使用蒸餾水，以防對金屬槽體的腐蝕破壞。

附實驗報告參考格式：

實驗一 恆溫槽恆溫性能測試

一、實驗目的
通過恆溫槽的構造了解恆溫原理，掌握恆溫調節的技術，並學會貝克曼溫度計的使用方法和分析恆溫槽的恆溫性能。
二、實驗原理
恆溫槽是以某種液體為介質的恆溫裝置。依靠恆溫控制器來自動調節其熱平衡，當恆溫槽因對外散熱而使介質溫度降低時，恆溫控制器就使恆溫槽內的加熱器工作。待加熱到設定溫度時，它又使加熱器停止加熱，這樣周而復始就可以使液體介質的溫度在一定范圍內保持恆定。

恆溫槽的構造包括浴槽、加熱器、攪拌器、溫度計、感溫元件和恆溫控制器。
恆溫操作是通過調節感溫元件（接觸溫度計）的「通」「斷」實現繼電器對加熱器控制加熱。
恆溫槽控制的溫度有一個波動范圍，而不是控制在某一固定不變的溫度，靈敏度是衡量恆溫槽恆溫性能的標志。

靈敏度為

其中、分別為貝克曼溫度計的讀數最高值與最低值。靈敏度曲線是以溫度為縱坐標，以時間為橫坐標，繪制的「溫度—時間」曲線。
三、實驗操作
1.將蒸餾水注入浴槽至容積的2/3處，將接觸溫度計、攪拌器、電熱器、溫度計和精密電子溫差測量儀的溫度探頭等安裝好。
2.將恆溫槽控制面板上的測量/設定開關打倒設定檔，將溫度設定為25℃。

3.將恆溫槽控制面板上的測量/設定開關打倒測量擋，此時恆溫槽的加熱器開始工作。
4.測定恆溫槽的靈敏度。待恆溫槽溫度恆定在30℃時的10 min後，按精密電子溫差測量儀上的置零鍵置零，然後用手錶每隔2分鍾記錄一次貝克曼溫度計的讀數，測定60min。

5.同法將溫度設定為30℃測恆溫槽的靈敏度和靈敏度曲線。
四、數據記錄和處理
1、實驗測定的數據記錄於表1中：（室溫：22.2℃ 壓力：98.5kpa）

2．恆溫槽的靈敏度
℃= 0.064℃
以上表中的時間為橫坐標，貝克曼溫度計讀數為縱坐標，繪制恆溫槽的靈敏度曲線如下圖所示：

五、實驗結果與討論
從上面的靈敏度曲線可能看出，恆溫槽的溫度是在設定溫度（30℃）上下波動，最大波動幅度小於±0.1℃，說明此恆溫槽的恆溫效果良好；感溫元件靈敏；恆溫槽的熱容量與加熱功率搭配合理；攪拌器、接觸溫度計與加熱器之間的距離合適。
應當指出的是，本實驗所繪制的靈敏度曲線只是粗略地反映了恆溫槽溫度的波動情況，因為在2分鍾的測量間隔內，可能會發生接觸溫度計的「通」、「斷」情況，這時貝克曼溫度計讀數將會發生變化。若測量間隔很短，且其他條件（攪拌速率、環境溫度等）不變，則靈敏度曲線是很規則的、周期性變化的曲線。
本實驗是以水作為恆溫介質，控制溫度范圍0~90℃。對於其它的控制溫度范圍，應選用別的介質，經查閱文獻（呂惠娟等：《物理化學實驗》，吉林大學出版社，1999：18）可知，控溫范圍為-60~30℃，使用乙醇或乙醇水溶液；80~160℃，甘油；70~120℃，液體石蠟或硅油。另外，對於低於室溫恆溫的控制，應配上循環冷卻裝置（羅澄源等，物理化學（第二版），高等教育出版社，1991：256）。
通過本實驗我們了解到，恆溫控制原理在現實生活中的應用比比皆是，如電冰箱、空調、洗浴熱水器和電飯褒等。所不同的是，它們所用的感溫元件不同。

七、思考題

1、恆溫槽主要由哪幾個部分組成的？各部分的作用是什麼？
答：恆溫槽主要由浴槽、加熱器、攪拌器、溫度計、感溫元件、溫度控制器等部分組成的。各部分的作用如下：
浴槽：用來盛裝恆溫介質；加熱器：通過電加熱使介質的溫度升高，以彌補熱量的散失；攪拌器：通過機器攪拌保持浴槽內的介質各部分溫度均勻；溫度計：指示恆溫槽的溫度，恆溫槽的溫度高低一定要以此溫度計為准；感溫元件；設定恆溫槽所需的恆溫溫度，常用接觸溫度計作為感溫元件；溫度控制器：通過感溫元件發出的「通」、「斷」指令，對加熱器實施控制加熱，常用繼電器作溫度控制器。

2、影響恆溫槽靈敏度的主要因素有哪些？
答：影響恆溫槽靈敏度的因素很多，大體有：
（1）恆溫介質：流動性好，傳熱性能好，則控溫靈敏度高；
（2）加熱器：功率適宜，熱容量小，則控溫靈敏度高；
（3）攪拌器：攪拌速率要足夠大，才能保證恆溫槽內溫度均勻；
（4）溫度控制器：電磁吸引電鍵，電鍵發生機械作用的時間越短，斷電時線圈中的鐵心剩餘磁性愈小，則控溫靈敏度就越高；
（5）接觸溫度計：熱容小，對溫度的變化敏感，則靈敏度高；
（6）環境溫度與設定溫度的差值越小，控溫效果越好。

3、欲提高恆溫槽的控溫精確度，應採取哪些措施？
答：為了提高恆溫槽的控溫精確度，在設計恆溫槽時要注意以下幾點：
（1）恆溫槽的熱容量要大些，傳熱介質的熱容量越大越好。
（2）盡可能加快電熱器與接觸溫度計之間傳熱的速率。為此要使：（1）感溫元件的熱容盡可能小，感溫元件與電熱器間距離要近一些；（2）攪拌器效果要高。
（3）作調節溫度用的加熱器功率要小些。

4、普通（玻璃浴槽）恆溫槽與超級恆溫槽的區別是什麼？
答：普通（玻璃浴槽）恆溫槽與超級恆溫槽的恆溫原理和基本構造大體相同。主要區別是：
（1）普通恆溫槽的槽體是玻璃浴槽，因為透明，所以便於觀察待測體系。
（2）超級恆溫槽配有循環水泵，能使恆溫水循環流經待測體系，使待測體系得以恆溫。
（3）部分超級恆溫槽配有冷水循環或致冷系統，可以通過溫控系統使恆溫槽的溫度設置在低於室溫下恆溫，而普通恆溫槽一般不具備這種功能

④ 如圖表示的是測定保溫桶內溫度變化實驗裝置．某研究小組以該裝置探究酵母菌在不同條件下細胞呼吸的情況．

（1）從結構上看，酵母菌含有細胞核，屬於真核生物．在O₂充足的條件下回進行需氧呼吸答，在缺氧條件下進行無氧呼吸．
（2）分析表格實驗步驟控制，A與B是對照實驗，B試管加入石蠟油，鋪滿液面是製造無氧環境，A對應的是不加入石蠟油，活性乾酵母是無關變數，無關變數應保持一致，因此B試管中應與A試管相同，加入10g活性乾酵母．
（3）B裝置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是去除氧氣，加入石蠟油鋪滿液面的目的是隔絕空氣．
（4）本實驗的自變數是有無氧氣，因變數是保溫桶內的溫度．
（5）因為有氧條件下比無氧條件下呼吸作用放出熱量多，因此假說成立時，裝置A、B溫度大小關系是A＞B，若假設不成立，則裝置A、B溫度大小關系是B＞A（或A=B）．
故答案為：
（1）真核無氧
（2）①不加入石蠟油②加入10g活性乾酵母
（3）去除氧氣 隔絕空氣
（4）有無氧氣保溫桶內的溫度
（5）A＞B 假設成立 B＞A（或A=B） 假設不成立