海波过冷现象探索及思考

如何做好海波熔化实验初中物理《熔化和凝固》一节中有一个科学探究活动：探究固体熔化时的温度变化规律,做好这个实验对于学生理解晶体和非晶体的本质区别有着很重要的意义.一般学校都选择的是海波做为晶体的代表,但海波的熔化实验存有以下难点：在熔化过程中温度保持不变的结果不易得出，且熔化时间太短，不易说明问题；实验中需要的时间太长，影响课堂教学。

为了克服以上两个难点，各种参考资料都提供出很多不同的实验方式和方法，总的来说，不外乎三个努力方面：1、加热速度不要过快，特别是开始熔化是更应注意。

但又要节省实验时间，因而开始时的温度应接近熔点。

2、海波的量要选择合适，太少，熔化时间短，熔化过程不明显；太多，虽然过程显著，但耗时太长，且受热不易均匀。

3、要保持海波各处受热均匀，一般采用的是水浴加热加搅拌的方法。

在多年的教学实践和探索中，我总结了一套做此实验的方法，效果良好，仅供同行们参考。

器材：烧杯一个、铁架台一套、温度计两支、石棉网一个、酒精灯一台、火柴、直径2.5厘米和1.0厘米的试管各一支、热水若干、碾成粉末的海波若干方法及步骤；1、把大试管和小试管套起来，在两管之间放入温度计和海波粉末，海波层的高度约10厘米，质量10-15克，温度计的玻璃泡要靠近大试管的侧壁和底部，因两试管间的海波层相当薄，所以无需搅动就可使加热时各处温差较小，避免了海波已开始熔化而温度计的值尚未达到熔点的缺点。

2、按书中“水浴法”装置好仪器，在大烧杯中装入温度42-44℃的热水，水面要比试管中海波层低5厘米左右，用小火焰加热，可用另一支温度计监测杯中水温，使之缓慢上升，两支温度计的示数差保持在2-3℃左右。

当温度接近海波的熔点（48℃）时，将加热速度放慢（可将酒精灯下的垫块撤去，使火焰离石棉网远些）过一会儿可看到海波开始熔化，温度接近48℃。

3、熔化过程中，液态海波聚集在大试管底部，逐渐将温度计的玻璃泡浸没，同时试管上部的海波粉末逐渐滑入液态海波中，杯中水向海波传递的热量维持海波熔化过程，使液态海波的温度得以始终保持在48℃，恒温过和持续6-8分钟以上，直到海波全部熔化完温度才开始上升。

研究海波的熔化和凝固一)教学目的1.让学生认识、理解晶体在熔解和凝固过程中保持温度不变的特性。

2.理解晶体的熔点和凝固点的物理意义。

3.知道熔化吸热、凝固放热。

4.了解图象在学习物理学中的作用。

(二)教具学生分组实验，二人一组。

每组配备熔化实验仪器：酒精灯、铁架台、石棉网、温度计一支、海波、直径25cm试管一支、开水、火柴/打火机、500ml烧杯一只。

(三)教学过程一、进行新课1.熔化和凝固师：你见过哪些物质由固态变成液态的现象?生：春天来了，湖面上的冰化成水；固态的铁、铝等金属块在高温下变成了液态等等，这些都是物质由固态变成液态的现象。

师：你见过哪些物质由液态变成固态的现象?生：冬天到了，气温下降，湖面上的水结成冰；工厂的铸造车间里，工人将铁水浇在模子里，冷却后，铁水变成了固态的铸件。

师：我们把物质由固态变成液态的过程叫熔化。

物质由液态变成固态的过程叫做凝固。

刚才我们提到的冰化成水是熔化，水结冰是凝固。

铁、铝等金属块在高温下变成液态是熔化，铁水铸成工件是凝固。

师：除此之外，蜡、松香、沥青、玻璃等物质也能熔化和凝固。

知识介绍：海波（硫代硫酸钠Na2s2o3·5H2O）是一种熔点为480C的无机盐晶体，由于海波的熔点随含水量略有变化，为了使熔点随含水量略有变化，为了使熔点和凝固点重合较好，最好使用受潮的海波。

实验结果表明，用海波代替萘做晶体熔解和凝固实验有如下优点：1、海波的熔点较低，加热容易，节省了完成实验的时间。

2、实验过程中没有刺激性气味。

3、实验和清洗都方便，提高了实验的成功率。

4、节省了实验经费的开支，因为凝固后的海波稍一加热，很容易倒出，可供下次实验再用。

实验步骤：（1）用海波25克装在大号试管里，在试管内一侧插入一支温度计，温度计应尽量靠近试管壁但不与试管接触。

（2）用一只烧杯装入温度约400C的热水400cc。

（3）将上述部件照图1-1组装在铁支架上，再用酒精灯加热。

（4）待温度计读数上升至400C后，每隔一分钟读取一次温度，读到520C为止，在加热过程中要不断地用玻璃棒搅拌海波，使温度均匀。

北极海冰融化影响东亚冬季天气和气候的研究进展以及学术争论焦点问题北极是地球上最重要的气候系统之一，其冰川和海冰的融化对全球气候和生态系统产生广泛而深远的影响。

近年来，一系列研究成果表明北极海冰的融化与东亚冬季天气和气候的变化存在一定的关联，引发了学术界的广泛争论。

北极冰盖和海冰是地球气候系统的重要组成部分，其通常用来调节全球海洋和大气的循环。

然而，由于全球气候变暖的影响，北极的冰雪覆盖面积正以惊人的速度逐渐减少。

这种海冰的融化不仅导致了海平面上升，而且还引发了一系列全球和区域性气候系统的变化。

研究表明，北极海冰融化对东亚冬季天气和气候的影响主要通过极涡和地表大气环流的变化产生。

此前的研究显示，北极海冰融化导致极涡变弱，进而导致极涡的形态和位置发生变化。

由于极涡是东亚冬季天气和气候的关键因素之一，因此北极海冰融化可能直接影响到东亚地区的气候模式。

另外，北极海冰融化还可能通过增强位于东亚地区的西伯利亚高压的影响，调整东亚地区的冬季风系统。

西伯利亚高压作为一个强大的高气压系统，能够影响整个东亚地区的天气和气候。

研究表明，北极海冰融化导致西伯利亚高压偏北移动，进而增强了冷空气的输送和东亚冬季风的形成。

然而，对于北极海冰融化对东亚冬季天气和气候的影响，学术界存在一些争议和焦点问题。

首先，关于北极海冰融化对极涡的影响机制仍有待进一步明确。

已有的研究虽然指出了海冰融化对极涡的影响，但具体的物理过程和机制仍存在一定的争议。

对于极涡的变化机制的深入理解将为更准确地预测东亚冬季天气和气候变化提供重要依据。

其次，关于北极海冰融化和西伯利亚高压之间的关系，研究结果尚不一致。

有些研究表明，北极海冰融化导致了西伯利亚高压的偏北移动和加强，而其他研究则指出并无明显的关联。

这一争议的焦点问题在于如何解释北极海冰融化对西伯利亚高压的控制作用以及二者之间的相互作用机制。

此外，虽然已有研究表明北极海冰融化对东亚冬季天气和气候存在影响，但实际上这种影响的强度和持续性仍然存在一定的不确定性。

海波的熔化与凝固实验问题与分析作者：马敏超来源：《科教导刊·电子版》2018年第01期摘要在实际的教学中，不少教师发现海波的熔化与凝固实验成功率不高，很容易失败，要么进行了改进，要么干脆不做实验，事实上，按照教材中的实验过程，完全不需要改进就能成功，关键在于一些细节的把握。

关键词海波熔化与凝固实验中图分类号：G633.7 文献标识码：A1问题的提出浙教版七年级上册科学第四章第五节《熔化与凝固》中为研究晶体熔化时的特点，安排了一个关于海波的熔化与凝固的实验。

教材上的实验药品和实验装置究竟存在什么问题？笔者通过实验进行反复研究后发现教材实验具有很强的可行性，并不需要改进。

这里将实验中可能遇到的问题及建议整理如下：实验名称：海波的熔化与凝固实验器材：铁架台、试管、温度计、酒精灯、石棉网、天平。

药品：海波（五水硫代硫酸钠）。

2问题分析与建议2.1熔化过程持续时间短学生在利用教材所示的装置进行海波熔化实验时发现海波从固态到固液共存再到液态温度几乎一直在上升，熔化时间只有短短几十秒，而教材中要求当海波温度达到40℃以上之后每隔半分钟就记录一次温度，无法得出真正的海拔熔化特点。

原因1：海波变质海波的化学式为Na2S2O3·5H2O，常温常压下为白色晶体，易潮解，易吸收空气中的二氧化碳而分解生成二氧化硫与硫单质。

而学校实验室中的海波很有可能是上年没用完，第二年继续用，或将海波放在玻璃试剂瓶中，造成海波变质，影响实验效果。

建议：使用新鲜海波。

由于缺乏该实验的相关经验，学生（包括部分老师）无法估测所加海波的量多少比较合适。

若所加海波量偏少，会导致海波吸热后在较短时间内熔化，则观察熔化时间自然变短。

建议：所加海波的量大约为试管总长度的1/4左右比较合适。

原因3：烧杯内水太少若进行水浴加热的烧杯中水量太少，在加热的过程中水温升高过快，从而海波较快吸热，加速熔化过程，导致海波熔化时间缩短。

建议：使用250ml规格的烧杯并加入200ml左右的水。

渤海海冰Admin2011/04/22渤海海冰摘要：渤海遭遇40年来最严重的“海冰”。

本文从渤海海冰灾害及其形成因素分析、防范海冰灾害的理念、海冰资源淡化研究与利用技术开发等方面论述，得出结论在全球气候变暖的大环境下，针对目前渤海工业活动处于蓬勃发展阶段，加强海冰灾害的防范能力仍然必不可少，海冰防灾减灾必须以现代科学技术为依托，树立科技减灾的战略观念。

1.引言海冰是极地海域和某些高纬度区域最突出的海洋灾害。

我国北部海域纬度偏高，每年都有结冰现象出现；另外在黄河口附近也有一定河冰人海。

冰情直接影响海上油气资源的开发、交通运输、港口海岸工程的正常作业。

我国历史上多次出现严重冰情造成钻井平台倒塌、船舶破坏、航运中断等严重海冰灾害。

自80 年代起，我国先后建立了卫星遥感海冰图像的接收和分析系统。

2010年冬天，渤海受到了不同于往日的关注，遭遇40年来最严重的“海冰”。

渤海冰情为何这么重？“北极涛动”说、“伪厄尔尼诺”说、“微型冰河期”说……一时间，众说纷纭。

2.渤海海冰灾害及其形成因素分析中国工程院院士、中国气象局国家气候中心研究员丁一汇说，“北极涛动”和非正常“厄尔尼诺”是导致今冬极端冷时间偏早、持续、频繁发生的原因。

对于这个理论，省政协委员、中科院海洋研究所分析测试中心主任宋金明表示，有这个可能因素。

他说：“这次变冷不是局域性问题。

但海洋环流系统很复杂，还有待进一步考证。

”中国海洋大学地球科学学院院长李广雪提出了一个新的观点。

“短期来看，全球变暖的趋势不会改变，但长期来看，地球要变冷。

从距离现在19000—15000年时，是全球的冰消期，两极的冰大量融化，海平面上升，从7000年前到现在，是间冰期最盛期，理论上，根据地球的周期，全球开始进入变冷期了。

气候、地质、海流，方方面面的因素很多，仅凭一年的变化，下任何结论都为时过早。

”有一些中外专家说，现在全球处于一个“小冰期”，今后的二三十年将是气候变冷，而不是气候变暖，这种说法被称为“微型冰河期”，但众多专家对此表示反对。

中学物理 Vol . 38 No . 242020年12月4*丈开始 熔化“失败”的海波熗化卖验现象背居的雇因梁美怡(广州市第二中学广东广州510000)摘要：本文研究了海波熔化实验中几个常见的问题，从器材准备、实验温度控制等方面改进了 一些实验细节，使 实验能得到比较准确的熔点.同时，研究了实验中经常出现一些到达48T 都无法熔化的物质的原因，及排除这些杂质 干扰的办法；最后，简述了制造过冷液态海波的方法.关键词：海波；熔化；温度；不溶物；过冷现象文章编号：丨008 - 4134(2020)24 - 0051中图分类号:G 633.7文献标识码：B八年级物理上册第三章第二节“熔化和凝固”中 探究固体熔化时温度的变化规律，课本要求都是建议 做海波的熔化实验，但是这个实验在实际操作中会出现不少的问题，不容易做成功，也很难得出比较符合 晶体熔化曲线的数据.本文针对这些问题进行分析和 查证，提出了一些改进方案.1实验中会出现的四个问题一是海波在熔化的过程中温度计的温度在上升， 而且海波很快就熔化完，无法得到48T 的熔点平滑温 度不变的曲线.二是肉眼观察试管壁的海波已经开始熔化了，但 是温度计测出的温度还没有达到48T ;目测试管中还 有固态的海波时，温度计的读数已经开始上升并且超 过了 48丈.三是在熔化接近结束，温度已经开始上升的时 候,试管中还有一些白色不熔物，且此不熔物较难熔 化，有时海波加热到60T -801的时候不熔物大部分 熔化了，有时候加热到试管内液体出现小气泡都不能 熔化，严重影响实验结果.而且，同一份海波如果再重 复一次熔化凝固的过程，不熔物会增加，会影响实验 效果.四是液态海波在凝固过程，有时候会出现过冷现 象，温度降低到48丈以下都不能凝固.2针对以上问题，本文提出了以下改进方案2. 1实验器材铁架台、石棉网、三脚架、内径为2c m 的试管、朗 威温度传感器、温度计、酒精灯、小铁丝圈、胶头滴管、500mL 烧杯、10g 海波以及SOOml /W T 的热水.2.2 实验过程对于海波在熔化过程中温度计温度上升的问题， 主要是因为开始实验的时候，大烧杯中的水温高于48T ,如图1所示.此时观 察到的现象就是，温度计显示还没到达熔点，但是海波 已经开始熔化了.并且在熔 化的过程中，温度计的温度 慢慢上升到48T .如果同时，装海波的试管内径又不 够大、实验的海波不够多的 ％1话，海波熔点持续的时间就会很短，从而可能无法得出熔化过程中温度不变的结 论.学生由此可能还会得出“海波熔化过程中温度上 升，是非晶体”这个错误的结论.针对以上问题，本实验选用内径 为2cm 的试管装10g 粉碎的海波，中间 装有搅拌用的小铁丝圈，实验装置如图 2所示，在实验过程中不停搅拌小铁丝 圈，使试管内海波的温度保持一致.试 管中海波的温度用朗威温度传感器测 量,实验过程中保持温度计的探头在固 态海波或者固液交界处.用水浴法加 热，大烧杯装500mL 热水，让热水从 40T 左右开始加热，在整个熔化的过程 中大烧杯的水温保持在55丈-60T图2之间.因为大烧杯中的水是从40T 开始加热的，试管中 的全部海波就能在保持固态的情况下缓慢升温;在水 浴的热水到达4 81时，试管里的全部海波几乎能同时 到达熔点.大烧杯中的热水到达481后，如果用火焰比较大 的酒精灯加热，就要在加热的过程中观察大烧杯中的 温度计读数，酒精灯加热的时间不能太长，加热一段没 tii ^J il还内探温尤始热到计的48开 于递度近于没 由传温附低还化作者简介：梁美怡（丨983 -)，女，广州人，本科，中学一级教师，研究方向：初中物理教学.• 51•2020年12月Vol.38 No.24 中学物理时间就要移开酒精灯，才能保持大烧杯中的水温保持 在55T -60T.若此水温高于60尤，试管内海波的温 度就很难保持一致，同样会导致测量的数据不准确.但是移开酒精灯，可能会导致学生有疑问：海波 熔化过程中温度不上升是不是因为酒精灯没有对海 波继续加热呢？如果顾虑到这点，可以用火焰调得很 小酒精灯持续加热，就能达到实验要求的水温.海波熔化快要结束时，试管内的固体还没有完全 熔化，温度就已经开始上升的问题，经分析主要有以 下两个原因：第一，此不熔物是固态海波.因为熔化已经接近 尾声，液态海波的温度已经超过了熔点，但是大块的 海波熔化较慢，而海波的固液交界面的温度才达到熔 点.温度计的探头无法准确测量出固液交界面的温度，所以探头探测的温度是液态海波的温度，而此时 此温度已经超过熔点，开始上升.为了克服此问题，用 于实验的海波应该粉碎并过筛，把大块的海波分离出 来，只用粉末状海波进行实验，这样实验效果较好.第二，在大块的海波已经完全熔化之后，试管底 部还有一些白色粉末状的不熔物，有时温度达到60T -801的时候能熔化大部分，有时候加热到试管内液 体出现小气泡都不能熔化，严重影响实验结果.而且,同一份海波如果再重复一次熔化凝固的过程,此不熔 物会增加.其原因是海波放置的时间太长了，产生了杂质m.海波是五水合硫代硫酸钠（Na2S203 • 5H20)的俗称,五水合硫代硫酸钠是无色单斜晶体，会在48.21溶解在 自身结晶水中;在33T以上的干燥空气中容易风化[2:;但是广州的空气较为温热潮湿,此时硫代硫酸钠容易 和空气里的水分和二氧化碳发生反应Na2S203+ C02 + H20= NaHC03 +NaHS03 + ，或者和氧气反应Na2S20, +02 = 2Na2S04 + 2S1 [3]，而碳酸氢钠固体在 5〇t左右就开始分解，放出C02，生成碳酸钠.2NaHC03 = Na2C03 +H20 +C02t [4!-Na2S04,NaHS03>NaHC03和Na'O;均易溶于水，所以他们部分会溶解在海波的 结晶水和产生碳酸钠时生成的水中.其余部分，硫酸钠 Na2S04外观为无色单斜晶体，熔点为884丈151;碳酸钠 Na2C03外观为白色粉末或细粒结晶，熔点S S l t;亚硫 酸钠NaHSO,为无色、单斜晶体或粉末，熔点1501;而 硫S为淡黄色晶体，难溶于水，熔点是1121[4,他们共 同组成了试管底部的不熔物.就算用酒精灯直接加热，都难以全部熔化.而且同一份海波如果再重复一次熔 化凝固的过程，就会有更多的海波和空气里的水分、二 氧化碳、氧气反应，让杂质进一步增加.所以如果要实 验效果好，就要用新制成的海波，而且海波必须在干燥密封的环境下储存.按以上注意事项改进后实验的图线如图3所示，与书本的图线吻合较好.液态海波在凝固的过程，有时候会出现过冷现象，温度降低到481以下都不能凝固.如果往过冷的液体海波中投入一点点固态海波，试管中全部海波就会快速凝固，伴随放热，温度迅速上升至48T并保持在这个凝固点，直到海波完全凝固，实验数据图如图4所示.图3 囹4过冷现象的内容书上虽然没有，但是这个现象对凝固放热这个概念表示得相当清楚，可以考虑在教学时加人此实验.但是制造过冷的液态海波也不容易，需要液态海波中没有足够的凝结核，所以要求实验的试管完全干净，海波纯净.但是此实验往往最后会有一些杂质不能完全熔化,它们就能作为凝结核，让试管内的液态杂质重新结晶，继而让液态的海波结晶.如果要制造过冷的液态海波，在海波熔化之前,可以在粉末状的海波中滴人5 - 6滴纯净水.这些水就能把杂质中的&2504、心}^03、~出(：03和Na2C03几乎完全溶解.这样就能提高制造出过冷的液态海波的成功率.3结论综上所述，本实验要成功，要用新鲜制备的海波并粉碎过筛，海波的量要足够多，装海波的试管要足够粗，温度控制要精确，这样就能提高实验的准确性和成功率.参考文献：[1]况朝晖.海波熔化与凝固实验的探索与思考[J].实验教学与仪器,2009(04) :30-31.[2] 安家驹.实用精细化工辞典[M].北京：中国轻工业出版社,2000.[3] 沈鑫甫.中学教师实用化学辞典[M].北京:北京科学技术出版社，1997.[4] 李臣.海波熔化实验失败原因与成功改进[J].中学物理，2018,36( 10) :17 -19.[5 ]李安生，吴全洲.晶体熔化实验失败原因的类比分析[J].安阳师范学院学报,2002(05) :41 -43.(收稿日期：2020-08 -10)•52•。

海波的过冷现象探索及思考南京市江宁区湖熟初级中学张德祥一、发现问题为了准备海波（硫代硫酸钠）的熔化和凝固实验，我想自己先做一遍以期做到心中有数。

我用水浴法加热，注意控制海波与水之间水温差始终保持在1C〜2C。

在海波全部熔化后，我得到了相应的实验数据。

正当我沉浸在实验中时，一阵急促的电话铃声响起，我不得不熄灭酒精灯冲冲离开了实验室。

下午，当我再次来到实验室时我发现海波竟然是液态的。

我看了看温度计，示数显示23C.正在我惊奇疑惑之时，更惊奇的现象出现了，试管内的海波温度急剧上升，并且开始变模糊，海波凝固了！此时温度计显示47C! 怎么回事？！惊讶之余，我的大脑里逐渐浮岀三个问题。

二、问题的思考问题一：温度低于凝固点很多时，海波为什么不凝固？翻开教学参考资料，我发现原来这种现象称为“过冷现象”。

教参还指岀为了使熔融状态的海波在凝固点凝固，在温度降至49C时，应向海波内投入几粒海波晶体，并不断搅拌破坏表面结晶方能使海波凝固。

如同雨、雾的形成，需要以灰尘作为液化核；水在沸腾时需要以水中溶有的空气以及容器比小空穴附着的空气作为汽化核一样。

熔融状态的晶体凝固也需要结晶核。

这加入的几粒海波就起到了结晶核的作用。

而我在实验时没有撒入海波晶体，其熔化后温度降至熔点时，由于缺少结晶核而无法形成结晶，即无法凝固。

但是就过冷现象”我还有个疑问，那就是当天气温如果更低，比如20C、15C、10C海波还会继续处于过冷”状态吗？为此我查阅了其他老师实验数据，有的是在38C附近海波自然凝固、有的是20C、也有18C的。

究竟是多少。

等到冬季期末考试以后，气温已降到10C以下，我再次重做该实验。

让海波熔化后从55C停止加热，并将海波放在空气中自然冷却，海波在18C时岀现凝固升温现象。

为了排除实验的偶然因素，我连续做了三次实验，海波都是在18 C岀现凝固现象。

然而，其他老师的实验数据是错误的吗？不太可能。

我想海波的过冷温度应该是一个范围，不同的纯度应该有一个不同对应值，只有在相应的值，过冷状态的海波才会结晶。