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实验2 探究水沸腾前后温度变化的特点
（2024中考预测与复习建议：本题属于热学板块，本实验2022年版课标相较于2011年版课标做了修改，2011年版课标名称“探究水沸腾时温度变化的特点”。本实验应回归教材，熟悉实验操作过程，以全面扎实掌握基础考点、理解实验操作过程，会分析、解释过程和数据为重点，同时实验会和大气压、热传递等知识进行综合考查，有一定的可拓展性，预测2024年中考仍然将会以基础题型的形式出现，最多设置2分稍微难点的分值，但是平时复习时，应该提高要求，做到复习全面、细致、重难点突出，尤其是突出核心素养能力考查，同时复习阶段应提高考查频次来体现其核心地位。）
基础考点梳理
1. 实验装置（如右图所示）
2. 实验器材及其组装
（1）器材：铁架台、酒精灯、石棉网、烧杯、中心有小孔的纸板、温度计、秒表、火柴、水. 其中属于测量仪器的有 温度计 和 秒表 ．
（2）实验器材的组装顺序： 自下而上 ．
（3）烧杯底部垫石棉网的目的： 使烧杯受热均匀
（4）硬纸板的作用： ①减少热量损失，缩短加热时间；②防止热水溅出伤人 ；纸板上留小孔的目的： 中央孔是用来固定温度计；边沿的孔是为了保持烧杯内与外界大气压相同，如果没有小孔，会使里面气压增大，测出的水的沸点偏高
3. 实验过程
（1）沸点的判断： 加热一段时间后，水中产生大量的气泡，水的温度保持不变（温度计示数不变），此时的温度为水的沸点
（2）水沸腾前：气泡上升过程中变 小 ，未到液面就消失了；水沸腾时：气泡上升过程中变大，到液面破裂．如图1所示．
4. 实验数据处理
（1）根据实验数据绘制温度－时间图像（如图2所示）
（2）分析温度－时间图像或表格数据判断水的沸点、加热时间、总结结论．
5. 实验结论
水沸腾前，吸收热量，温度升高，水沸腾过程中不断吸收热量，温度不变．
6. 实验评价
（1）水沸腾过程中，温度计上部出现小水珠、烧杯上方产生“白气”的原因： 水蒸气遇冷液化形成的小水珠
（2）撤去酒精灯后水不能立即停止沸腾的原因： 石棉网和烧杯底的温度仍高于水的沸点，烧杯内的水能继续吸收热量
（3）实验操作正确但得出水的沸点不是100 ℃的原因： a.当地大气压低于一个标准大气压时水的沸点低于100 ℃；b.当烧杯内的气压高于一个标准大气压时沸点高于100 ℃，如加热时用硬纸板遮着烧杯口
（4）缩短加热时间的方法： a.减少水的质量 ；b.提高水的初温；c.在烧杯口盖上带孔的硬纸板
（5）水蒸气烫伤较沸水更严重的原因： 水蒸气液化放出热量
（6）当水停止沸腾时，给烧瓶浇冷水或从瓶中向外抽气，水会重新沸腾的原因： 瓶内气压降低，水的沸点降低
7. 知识拓展
（1）酒精灯给水加热是通过 热传递 的方式改变水的内能的.
（2）水在沸腾过程中持续吸热，虽然温度保持不变，但内能 增大
（3）热量的相关计算（Q＝cmΔt）
典型例题赏析
2.物理学习小组在做“探究水沸腾时温度变化的特点”实验时，装置如图甲所示．
（1）图甲装置的某错误之处是 温度计玻璃泡接触容器壁 ．
（2）改正错误后，实验中观察到_是否有大量的气泡由小变大__的现象时可判断水沸腾了．
要点1. 水沸腾前后气泡特点：
①沸腾前：气泡少，上升过程中遇冷收缩变小（气泡内水蒸气遇冷液化）
②沸腾时：大量气泡，上升过程中所受水的压强变小，气泡变大．
（3）在水温升高到85 ℃后，每隔1 min读取一次温度计的示数，直到水沸腾并持续一段时间，将所得数据记录在下表中．
①分析可知：水在沸腾前，_持续吸热，温度不断升高_；水在沸腾过程中，_持续吸热，温度不变 ．
②本实验中水的沸点是__98__℃，由此可知当地大气压 低于 （选填“高于”“低于”或“等于”）1个标准大气压．
时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
温度/℃ 85 86 88 90 92 94 96 98 98 98 98 98 98
（4）为了探究水沸腾时需要吸热，接下来的操作是 将石棉网去掉，观察水是否会继续沸腾 .
（5）（结论评估）（2022临沂改编）实验后撤去酒精灯，水还能沸腾一小会儿，这说明水沸腾时不需要吸热，这种判断是 错误 （选填“正确”或“错误”）的，其中“水还能沸腾一小会儿”的原因可能是 石棉网的余温高于水的沸点，会继续对水进行加热 ．
要点2. 水没有立即停止沸腾的原因：水还在持续吸热，即可能有其他装置继续给水供热．
（6）（2022陕西改编）等水温降至85 ℃以下后，另一位同学利用该装置再次进行实验．
①（现象解释）第一次实验结束后，烧杯中的水面降低了，原因是水温升高，蒸发 加快 （选填“加快”或“减慢”）.
②（绘制图像）图乙是第一次实验水沸腾前后温度随时间变化的图像，请在同一坐标系中大致画出第二次实验水从85 ℃加热至沸腾一段时间的温度随时间变化图像．
要点3. 水的初温和质量对实验的影响：
①水的质量较少：从相同温度加热至沸腾所用的时间更短．
②水的初温较高：相同质量的水，加热至沸腾所用的时间更短
（7）（实验改进）（2022临沂改编）学习小组实验后统计了从点燃酒精灯加热到水沸腾共用时22 min，请提出一条减少加热时间的合理化建议： 减少水量，提高水温
（8）（生活实践）（2022益阳）做完实验后学习小组又探究了沸水自然冷却过程中温度随时间变化的情况，得到的图像如图丙．如果要喝一杯奶茶（牛奶与茶水的质量之比约为1∶2），结合图丙，方案 B 的冷却效果更好.
方案A.先将滚烫的热茶冷却5 min，然后加冷牛奶
方案B.先将冷牛奶加进滚烫的热茶中，然后冷却5 min
要点4. 降温情况分析：分析图像，水和环境的温度差越大，水放出热量越快．
2.小明在做“观察水的沸腾”实验时，用到的器材如下：铁架台、酒精灯、石棉网、烧杯、温度计、停表等。
（1）组装器材时如何确定石棉网的高度？答：根据酒精灯的外焰进行确定 。
（2）图甲中有一处错误，请指出错误之处： 温度计的玻璃泡碰到了烧杯底 。
（3）实验时，用温度计测出不同时刻水的温度，并记录在表中，其中第3min时温度计的示数如图乙所示，示数为 　 98 　℃。
时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7
温度/℃ 80 84 88 96 98 98 98
（4）某时刻观察到烧杯中出现图丙所示的现象，表明水 正在 （正在/尚未）沸腾。
（5）请在图丁中画出水的温度随时间变化的图象。
（6）实验时，为了减少加热时间，下列做法不可行的是 C （填字母序号）。
A.加大酒精灯火焰 B.用初温较高的水 C.增加烧杯中水的质量 D.给烧杯加盖
（7）生活中，常把碗放在锅里的水中蒸食物，如图戊所示。当锅里的水沸腾后，碗中的水 不会 （选填“会”或“不会”）沸腾。
（8）某小组用相同的装置先后做了两次实验，绘制出了如图庚所示的a、b两条图线。由图庚可知：
①水沸腾时的特点是 持续吸热，温度不变 ；
②实验中水的沸点为 98 ℃，说明当时大气压 低于 （高于/等于/低于）标准大气压；
③两次实验得出的图线不同，原因可能是 水量不同 。
（9）水沸腾后，将水倒入烧瓶，发现水停止沸腾。两位同学接着用橡皮塞塞住烧瓶口并将其倒置，向烧瓶底部浇冷水，如图所示，发现烧瓶内的水又重新沸腾了，这是因为浇冷水后瓶内水蒸气 液化 （填物态变化），瓶内气压减小，水的沸点 降低 （选填“升高”、“降低”或“不变”）。
（10）实验结束后，移开酒精灯，发现烧杯内的水没有立即停止沸腾，可能的原因是 石棉网的余温会继续给水加热 。
3．下面是小明所在的物理兴越小组的同学在学习了物态变化后完成了探究实验。
（一）如图1甲所示是“探究海波熔化时温度变化规律”的实验装置，每隔1min记录一次温度值。实验数据记录如表：
时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
海波的温度/℃ 40 44 46 48 48 48 48 48 48 50 53
（1）在1min时，温度计的示数如图1乙所示，此时的温度为 　42　℃。
（2）由记录的实验数据可知海波是 　晶体　（选填“晶体”或“非晶体”）。
（3）由实验知，海波熔化需要的条件是：①　温度到达熔点　；②继续吸收热量。
（二）在实验室探究几种液体在沸腾前后温度变化的特点。
实验一：用图2甲所示装置探究水在沸腾前后温度变化的特点。
（1）在实验中观察到图2乙是水 　沸腾时　（选填“沸腾前”或“沸腾时”）的情况。
（2）根据实验数据绘制出水温随加热时间变化的图象，如图2丙所示，根据图象可知水沸腾时的特点是 　吸收热量，但温度保持不变　该实验地点可能在 　A　（选填字母序号）。
A.拉萨
B.北京
C.广州
实验二：利用图2丁所示装置探究酒精在沸腾前后温度变化的特点。
（3）实验中，小明发现当试管内的酒精沸腾时，烧杯中的亚麻仁油却没有沸腾，由此可知亚麻仁油的沸点比酒精 　高　。
（4）实验过程中小明闻到了酒精气味，这是 　扩散　现象。
【解答】解：（一）（1）图1乙中温度计的分度值为1℃，温度计的示数为42℃；
（2）由实验数据可知，海波从第4到第9分钟温度保持48℃不变，所以海波是晶体，其熔点为48℃；
（3）由实验数据可知，海波在熔化过程中，吸热在温度到了48℃才熔化，因此海波熔化需要的条件是：①温度到达熔点；②继续吸收热量；
（二）（1）水在沸腾过程中产生大量的气泡，气泡在上升过程中体积变大；
（2）水沸腾时需要吸热，但温度不变；由图可知沸点约为80℃，气压很低，拉萨属于高原地区，气压比较低，故选：A；
（3）试管内外的液体温度是一样的，酒精沸腾了，到达了沸点，而亚麻仁油没有沸腾，说明没有到达沸点，所以亚麻仁油的沸点比酒精高。
（4）闻到了酒精气味，这是扩散现象。
故答案为：（一）（1）42；（2）晶体；（3）温度到达熔点；（二）（1）沸腾时；（2）吸收热量，但温度保持不变；A；（3）高；（4）扩散。
4．在“观察水的沸腾”的实验中，实验装置如图1所示。
（1）组装的器材如图甲1所示，此时他应该 　自下而上　（选填“自下而上”或“自上而下”）组装实验器材；
（2）某个实验小组观察到水在沸腾前和沸腾时水中气泡上升过程中的两种情况，如图1乙中①、②所示，则图 　①　（选填“①”或“②”）是沸腾时的情况；气泡内的主要成分是 　水蒸气　（填“空气”或“水蒸气”或“小液滴”）；
（3）实验后的沸水放在桌上越来越凉，图2图象中能表示其温度T随时间t变化关系的是 　D　；
（4）如图3所示，大试管和小试管里都装有水，将三支大试管中的水加热，使之保持沸腾，则大试管中的水不断沸腾的过程中，小试管中的水会沸腾的是 　C　。
【解答】解：（1）组装实验装置时，应先调整烧杯的位置，因为烧杯的位置需要根据外焰的高度来确定。为了保证温度计的液泡不碰到烧杯底部，温度计的位置根据烧杯的位置来确定。所以应该按照自下而上的顺序组装实验器材；
（2）水沸腾时的气泡在上升过程中，由于有水汽化为水蒸气进入气泡，所以气泡逐渐变大，所以①是沸腾时的情况，气泡内的主要成分是水蒸气；
（3）据液体冷却时，温度降低是先快后慢的温度变化规律可知，D是正确的，故选：D；
（4）水沸腾需要同时满足达到沸点和继续吸热两个条件，缺一不可。要使小试管中的水沸腾，就需要让大试管中的水的沸点提高，增加气压可以使水的沸点提高，C图通过密闭加热可以增加大试管中的气压。故选C。
故答案为：（1）自下而上；（2）①；水蒸气；（3）D；（4）C。
5．小亮和小华分别在不同地点，利用图甲所示的相同装置探究“水沸腾时温度变化的特点”，绘制了如图乙所示的图象。通过实验过程和分析图象信息可知：
（1）设计实验时，为了减少热量散失，缩短加热时间，　小华　（选填“小亮”或“小华”）的实验器材更好些。
（2）通过观察会发现沸腾前、后水中都会有气泡，若在露出水面前，上升的气泡逐渐变小，说明此时正处于沸腾 　前　（选填“前”或“后”）。
（3）分析图乙可知，小华实验时水的初温高于小亮，把水加热到沸腾所用的时间却比小亮的时间长，主要原因是小华实验时所用水的 　质量　大。
（4）小亮和小华测得水的沸点不同的原因是 　水上方的气压不同　（选填“水的初温不同”或“水上方的气压不同”）。
【解答】解：（1）加盖可以减少热量散失，缩短加热时间，故小华的实验器材更好些。
（2）沸腾前水中的气泡内含有空气和水蒸气，气泡在上升过程中，水蒸气遇到冷的水液化成水，气泡减小。
（3）分析图乙可知，小华实验时水的初温高于小亮，把水加热到沸腾所用的时间却比小亮的时间长，根据Q＝cmΔt可知，主要原因是小华实验时所用水的质量大；
（4）液体的沸点随气压的升高而增大，小亮和小华测得水的沸点不同的原因是烧杯上加盖后使水上方气压增大。
故答案为：（1）小华；（2）前；（3）质量；（4）水上方的气压不同。
6．在“观察水的沸腾”的实验中：
（1）请你指出图1中实验操作错误之处是 　温度计碰到了容器的底　，这种错误使得测得的温度值 　偏大　（选填“偏小”或“偏大”）；
（2）改正错误后，他们点燃酒精灯后即开始计时，当水中有气泡上升时，每隔1min记录的水的温度如表所示；
时间/min ... 8 9 10 11 12 13 14 15
温度/℃ ... 92 94 96 97 98 98 98 98
①水沸腾时大量气泡上升，如图2中a、b所示的是观察水沸腾实验中出现的两种情景，其中水沸腾时的情景为 　a　（填a或b）；
②利用表中数据，在图3中描绘出水的温度随时间变化的关系图线 　见解析　；
③由实验数据分析可知：水的沸点是 　98　℃，水在沸腾过程中，需要 　吸收　（选填“吸收”或“放出”）热量，温度 　不变　（选填“升高”“不变”或“降低”）；
（3）实验结束后，同学们相互交流时，有的小组觉得把水加热到沸腾的时间过长，为了节约课堂时间，请你提出一条合理化建议：　提高水的初温（或减小水的质量）　；
（4）水在沸腾时，杯口附近出现大量“白气”。“白气”是水蒸气遇冷 　液化　（填物态变化名称）形成的。将烧瓶内水沸腾时所产生的水蒸气通入试管A中，试管A放在装冷水的容器B内，过一段时间，观察到试管A中产生的现象是 　有水出现　。
（5）撤去酒精灯后，液体仍能沸腾一小段时间，原因是 　石棉网温度高于98℃　。
【解答】解：（1）由图知，温度计的玻璃泡接触了容器的底部，这样测量结果是容器底和水的混合温度，因此测得的温度值偏大。
（2）①a中气泡在上升过程中体积逐渐变大，所以是沸腾时的现象；b图中气泡在上升过程中体积逐渐减小，所以是沸腾前的现象。
②首先确定横轴和纵轴代表的物理量和相应的标度，然后确定对应点，最后描点连线做出图象，如图所示：
③从图象可以看出水在沸腾过程中保持98℃不变，所以沸点为98℃．水沸腾时，不断吸收热量，温度保持不变。
（3）为了减少加热所用时间，除了适当减少水量，还可以给烧杯加盖，减少热量的损失或适当提高水温。
（4）烧瓶中水沸腾时产生的大量水蒸气进入试管A中，试管A放在装有冷水的容器B中，试管A的温度也比较低，通入试管A中的水蒸气受冷就会液化，形成小水珠，附着在试管壁上；水蒸气液化时要放出热量；
（5）撤去酒精灯后，水仍能继续沸腾一小段时间，因为石棉网温度高于98℃，所以水会继续吸收热量，处于沸腾状态。
故答案为：（1）温度计碰到了容器的底；偏大；（2）①a； ②见解析；③98；吸热；不变；（3）提高水的初温（或减小水的质量）；（4）液化；有水出现；（5）石棉网温度高于98℃。

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