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哪支蜡烛先熄灭?

2023-10-08张军

初中生世界·八年级 2023年9期
关键词:玻璃罩蜡烛氧气

名师简介

张军,江苏省南京市玄武高级中学(梅园校区)STEM项目主管,江苏省首席科技传播专家,高级青少年科技辅导员;曾经多次担任省级以上赛事评委,撰写的科普作品多次获省级以上奖项。

安全小贴士:

1.本实验要在安全无易燃物的地方操作,注意防火。

2.使用玻璃器皿之前要先预热,防止炸裂。

进入八年级,我们将学习一门新的学科——物理。在这门课的学习过程中,我们不仅能学到一些科学知识,掌握一些科学技能和科学方法,更重要的是还能锻炼科学思维。而观察和实验是科学研究最基本的方法,也是最重要的方法。下面,我们一起动手做一做“哪支蜡烛先熄灭”的小实验,看看你能得出什么结论。

将长短不一的蜡烛点燃,用玻璃罩罩住。哪支蜡烛先熄灭呢?先熄灭的原因又是什么呢?

在我们身边有许多燃烧现象,比如,点燃的煤气、篝火等。物体的燃烧是需要氧气的(注意,并不是所有的“燃烧”都需要氧气,将来我们会学习到),我们生活的空气中就含有氧气。当玻璃罩内氧气浓度过低或者耗尽,火焰就会熄灭。燃烧会产生二氧化碳,而二氧化碳不支持燃烧,可用于灭火。通常情况下,二氧化碳的密度大于空气,会沉到空气的下方。基于这些经验,有人就会猜测,短的蜡烛会先熄灭。事实真是如此吗?我们来验证一下。

先选取两根长度不同的蜡烛,点燃后用玻璃罩罩住。一段时间后,我们会惊奇地发现,结果和我们的猜测刚好相反,長的蜡烛先熄灭(如图1)!这说明,燃烧产生的二氧化碳聚集在了玻璃罩内的上方。是什么原因导致二氧化碳聚集在上方呢?

我们用可视测温热像仪给玻璃罩拍个照,就会发现,玻璃罩最高处的温度超过了78℃,而底部位置只有24℃(图2)。原来,温度的差异会导致气体分布发生变化,燃烧产生的二氧化碳由于温度较高会升到空气上方。同学们知道为什么高温气体会上升吗?不妨自己去查一查吧!

那么,多放几支蜡烛,比如放四支,从长到短依次编号为 1、2、3、4,蜡烛会从 1 到 4 依次熄灭吗?

如图3所示,这一次的实验中,熄灭的顺序是3、2、1、4。多做几次实验后,我们会观察到一些新的变化,如图4所示,这次熄灭的顺序是2、1、3、4。看来,当蜡烛变多时,玻璃罩内不同位置的温度差导致了更复杂的气体分布差异。

貌似简单的问题,隐藏的科学原理可不少啊。学习物理,我们不能想当然,也不能盲从他人的判断,用实验去探究、去检验才是科学可靠的方法。也只有在动手实践中,我们的思考才会不断深入,才能发现新的问题。

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