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在初中物理《探究水的沸腾实验》中,气泡大小变化原因是什么?

2018-10-30 09:28 [辅导探讨] 来源于:物理ok网|作者:陈老师|点击量:
导读:关于气泡的特点,主要反映在数量和大小上。从数量上看,沸腾前,气泡数量少,沸腾时,生成的气泡多;从大小上看,沸腾前气泡在上升过程中变小,直到消失;沸腾时,气泡在上升过程中变大,直到在水面处破裂,将其中的水蒸气释放到空气中。

以下视频是初中物理中《探究水的沸腾》的实验过程。探究主要目的可能有:


1.探究水沸腾时的温度特点;
2.探究水沸腾时的热传递条件;
3.探究水沸腾时气泡特点。

关于气泡的特点,主要反映在数量和大小上。从数量上看,沸腾前,气泡数量少,沸腾时,生成的气泡多;从大小上看,沸腾前气泡在上升过程中变小,直到消失;沸腾时,气泡在上升过程中变大,直到在水面处破裂,将其中的水蒸气释放到空气中。


(视频:探究水沸腾特点)


注意到,有专家对水沸腾前后气泡大小变化进行理论研究,发现涉及的难度和深度超出相像。但浅显一些看,以下我们从初中物理角度,我们也可尝试对其进行分析。


其气泡大小,实际上与气泡内气体压强和水的压强大小有关。当二压强大小相等时,气泡大小不变;当气泡压强大于水的压强时,则气泡体积变大;而当气泡压强小于水的压强时,则气泡的体积变小。而气泡压强大小又与气泡的温度、气体质量和温度有关,水的压强与水的深度有关(设大气压一定,均为1atm。以下同)。


封闭气体压强的大小规律是(高中阶段的理想气体方程在此就不说了):

质量和温度不变的气体,体积越小,压强越大;

质量和体积不变的气体,温度越高,压强越大;

温度和体积一定的气体,质量越大,压强越大;

……。


下面我们利用以上理论及相关其它理论来分析一下:

在沸腾前,容器底部的水因局部受热产生气泡,气泡温度为100℃,而显然水温小于100℃,故生气的气泡温度高于水的温度,气泡内的水蒸气向水放热液化,从而使水蒸气的质量减小,气压变小,且泡内气压小于水的压强,气泡变小。虽然气泡在上升过程中,水的压强也变小,但由于气泡内的气压减小的程度大于水的压强减小程度,故气体压强总是小于周边水的压强。这样,气泡的体积将持续变小,直至所有水蒸气液化为水,气泡消失为止。


当沸腾时,底部水生成气泡内的水蒸气的温度等于水的温度,二温度都等于水的沸点。因此泡内水蒸气不能向周边水放出热量,即液化的温度条件不能满足,无法液化。同时,周边水还不断向泡内蒸发,产生新的水蒸气,使泡内水蒸气的质量增加。再者,气泡上升过程中,水的压强减小。故气泡在上升过程中泡内气压增大,而周边水的压强减小。可见泡内水蒸气的压强加速大于泡外水的压强,气泡会越来越大,直至到达水面破裂。


这样看来,水在沸腾之前,气泡在上升过程中逐渐变小,直至消失;而水在沸腾时,气泡变大,就不难理解了。大家说呢?


(编辑:wuliok.com)



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