探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置的製作方法

2023-05-31 04:23:56

專利名稱：探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種研究裝置，尤其涉及一種探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置。
背景技術：
多年來在小學科學(自然常識)教科書與許多科普書籍上有一個傳統而經典的實驗叫「蠟燭喝水」:將一支點燃的蠟燭放在一個盛有水的水槽中，再將一個透明杯倒扣在蠟燭上，待幾十秒鐘後蠟燭會熄滅，在數秒鐘後杯內水平面會上升至透明杯容量的五分之一處。這個實驗用來驗證空氣中有五分之一是氧氣，蠟燭燃燒會使氧氣耗盡，所以水位會上升填補這些空間。但是，根據質量守恆定律，蠟燭燃燒雖然會使氧氣消失，但同時會生成二氧化碳，後者也佔有同樣大的體積，所以以上解釋是有問題的。也有人提出二氧化碳會溶解在水中，是這個原因嗎？

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種研究裝置，來探究杯中的蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:一種探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，其中，包括水槽、量杯、溫度傳感器、導線、溫度計，所述量杯倒扣在水槽中，所述溫度傳感器位於量杯內，並通過一條導線與水槽外的溫度計連接。上述的探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，其中，所述量杯的容積為1000 10000毫升。一種探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，其中，包括大容積的窄口玻璃瓶、水槽、金屬棒、蠟燭，所述窄口玻璃瓶倒扣在水槽中，所述金屬棒位於窄口玻璃瓶內，並固定在水槽上，所述蠟燭固定在金屬棒上。因此，本實用新型的探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，對課本上的解釋提出質疑，進而進行探究，其結構簡單，操作方便，成本低，易於操作，適宜作為科學研究的常用器具。

圖1是教科書上「蠟燭喝水」的實驗裝置圖。圖2是本實用新型的採用大容積的窄口玻璃瓶來探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置。圖3是本實用新型探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置作詳細說明。本實用新型是探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，假設原因:杯內水位上升是因為蠟燭燃燒使杯內空氣溫度上升，從而使空氣體積擴大，密度變小，同時在高溫下水蒸汽含量會變多，在蠟燭火焰熄滅後，一方面杯內空氣溫度下降後會密度變大，同時空氣中水蒸汽會冷凝成蒸餾水，從而使杯內空氣體積變小，使杯內水位上升。請參見圖1，在蠟燭燃燒過程中會發現杯內不斷有氣泡冒出。這說明杯內空氣在加熱過程中體積在膨脹。在火焰熄滅後的十秒鐘內開始發生水位上升現象，而且杯內水位迅速上升，在5秒鐘內結束上升。二氧化碳不可能在這麼短的時間內迅速溶解在水中。用圖1的裝置做兩個驗證實驗:(I)用含酒精的棉花取代蠟燭進行燃燒，發現杯內水位上升更高，甚至可到達杯容積的三分之一處，如果用空氣中有五分之一氧氣來解釋就有矛盾了。認為有二個原因:一是燃燒溫度更高，空氣密度更小了 ；二是可發現杯內壁上會生成許多小水珠，這是因為酒精燃燒後會生成水蒸汽，使熱空氣中的水蒸汽含量更多。(2)用油取代水，實驗結果是油液位仍上升至五分之一處，因為二氧化碳不會溶解在油中，可排除是二氧化碳溶解在水中這個可能性。為了驗證假設的原因是否正確，就要降低杯內溫度上升對空氣體積的影響，請參見圖2，包括大容積的窄口玻璃瓶1、水槽2、金屬棒3、蠟燭4，所述窄口玻璃瓶I倒扣在水槽2中，所述金屬棒3位於窄口玻璃瓶I內，並固定在水槽2上，所述蠟燭4固定在金屬棒3上。採用體積儘量大的玻璃瓶和火焰儘量小的蠟燭，甚至可用蚊香取代蠟燭，這樣既可使杯內蠟燭燃燒，消耗氧氣生成 二氧化碳，又可使杯內溫度不上升，觀察杯內水位是否上升，用反證法驗證水位上升原因不是失去氧氣而是熱空氣體積膨脹。這樣用半個小時進行燃燒，杯壁與杯內溫度上升僅有幾攝氏度，結果可發現杯內水位幾乎不上升。進行進一步的探究，請參見圖3，包括水槽5、量杯6、溫度傳感器7、導線8、溫度計9,所述量杯6倒扣在水槽5中,所述溫度傳感器7位於量杯6內，並通過一條導線8與水槽5外的溫度計9連接。使用此裝置進行實驗:(I)其它條件相同，採用容積為100(Γ10000毫升的量杯6進行實驗，並用溫度計9測量杯內溫度，可發現，量杯6的容積越大，水位上升越小；水位上升時間發生在杯內溫度為100 °c附近。(2)其它條件相同，採用不同大小的蠟燭進行實驗，並記下各自水位上升量，可發現，蠟燭越細，火焰越小，杯內溫度上升越小，水位上升量越小。(3)其它條件相同，採用不同燃燒物進行實驗，分別採用蠟燭、酒精、白磷，會發現水位上升量不一樣大。說明燃燒中的水蒸汽量對水位上升值有很大影響。(4)用電加熱法取代燃燒:用一根電熱棒放在杯內加熱，可發現不用燃燒，只要杯內加熱後冷卻杯內液位就會上升。以上實驗驗證假設的原因是正確的，即杯內水位上升是因為蠟燭燃燒使杯內空氣溫度上升，從而使空氣體積擴大，密度變小，同時在高溫下水蒸汽含量會變多，在蠟燭火焰熄滅後，一方面杯內空氣溫度下降後會密度變大，同時空氣中水蒸汽會冷凝成蒸餾水，從而使杯內空氣體積變小，使杯內水位上升。因此，本實用新型的探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，對課本上的解釋提出質疑，進而進行探究，其結構簡單，操作方便，成本低，易於操作，適宜作為科學研究的常用器具。以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
權利要求1.一種探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，其特徵在於，包括水槽、量杯、溫度傳感器、導線、溫度計，所述量杯倒扣在水槽中，所述溫度傳感器位於量杯內，並通過一條導線與水槽外的溫度計連接。
2.根據權利要求1所述的探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，其特徵在於，所述量杯的容積為ioocTioooo暈升。
3.一種探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，其特徵在於，包括大容積的窄口玻璃瓶、水槽、金屬棒、蠟燭，所述窄口玻璃瓶倒扣在水槽中，所述金屬棒位於窄口玻璃瓶內，並固定在水槽上，所述蠟燭固定在金屬棒上。
專利摘要一種探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，包括水槽、量杯、溫度傳感器、導線、溫度計，所述量杯倒扣在水槽中，所述溫度傳感器位於量杯內，並通過一條導線與水槽外的溫度計連接；還包括大容積的窄口玻璃瓶、水槽、金屬棒、蠟燭，所述窄口玻璃瓶倒扣在水槽中，所述金屬棒位於窄口玻璃瓶內，並固定在水槽上，所述蠟燭固定在金屬棒上。本實用新型的探究杯中蠟燭熄滅後杯內水位上升的原因的裝置，對課本上的解釋提出質疑，進而進行探究，其結構簡單，操作方便，成本低，易於操作，適宜作為科學研究的常用器具。
文檔編號G09B23/06GK203165292SQ20122072803
公開日2013年8月28日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者符得得, 黃曾新 申請人:上海市市西初級中學