论文1酒精与水混合后体积变小的真正原因.doc

学科论文：初中科学酒精与水混合后体积变小的真正原因作者： 张胜 15268649357邮箱：jhsheng@     120269969@.com【内容提要】：酒精与水混合后体积变小的最佳解释是：“一则是因为水分子、酒精分子进入了彼此的空隙；二则，也是主要原因，是因为压强增大后把分子之间的空隙压小了因为我把五十毫升的酒精和五十毫升的水混合后变成93毫升，体积减小了7毫升但是我把这93毫升分两个量筒装后却变成了97毫升了也就是说压强使它压缩了4毫升，而彼此进入对方分子的空隙中只改变了3毫升所以压强是主因，而彼此进入对方的空隙是次因而且随液体的深度的增加，压强所起的作用将更大关键词】：分子运动论 分子群 体积变小 空隙 斥力 压强 【正文】：一、实验才会有科学新发现上学期我校搞教研活动，金东区初中科学青年教师培训班集中学习活动在我校举行，有两位教师上了公开课上完课后再进行评课，然后教研员张成生老师进行讲座讲座的课题是《怎样在初中科学教学中落实有效教学框架》活动间隙，张老师让我做个实验探究一下他说：“在做分子间存在空隙的实验时，他发现了一个问题我们把水和酒精各取五十毫升后马上混在一起后，发现体积减小程度比较大。

但是把水和酒精各取五十毫升后，放置一节课或更长一段时间后，发现它的体积减小程度有所下降张老师问我：“这是什么原因呢？”我说：“我从来没碰到过这个问题，让我想想看过了三、四分钟后，我说：“也许放置一段时间后，许多分子凝聚成团，在此我把它命名为分子群时间越久这个分子群就越大，分子群也越多所以分子及分子群只能相互进入分子群之间的空隙，许多分子就无法进入群内分子之间的空隙比如在做七年级上册科学课本中的黄豆和沙的模拟实验时，如果沙长时间放置，结成块后，再和黄豆混合，其体积的减小程度也不大所以，两种液体时间放置久了后不仅水分子形成许多分子群，酒精分子也会形成许多分子群，这样体积地减小程度会更加不明显了这一说法既得到了张老师也得到了各位科学教师的认可，但是必须得通过实验来验证一下这个猜想张老师也建议我去做一下实验，认真探究一下是什么原因，顺便写下相关的文章于是，今天（2011年11月4日）一早，我就准备了实验器材及所需的物质马上动手做了分子间存在空隙的实验实验的结果正像张老师说得一样，放置一段时间后现象变得不明显那么我的猜想是分子群增大及增多，而倒液体时会打破这种分子群所以我就多倒几次，再加上多次搅拌，这一现象就明显多了。

倒水与搅拌都可以把分子群打破，由此也证明了我的猜想实验过程中我还发现了一个很奇怪的现象，就是把混合后得到的93毫升的酒精溶液再分两个量筒装，结果发现相加后却不止93毫升，一个量筒中是50毫升，而另一个是47毫升，共有97毫升左右当时我就感觉很奇怪，一开始还以为自己做错了、量筒不精确或是看错了于是就往一个量筒中倒入了100毫升的水，再把这100毫升的水，分成两个量筒装，结果相加后也是超过100毫升一个量筒是50毫升，另一个量筒却有55毫升左右，加起来就有了105毫升其实我们也可以反过来说，把一个50毫升的水，还有一个55毫升的水，混在一起，却只有100毫升的水了为了验证这一结果，我再做了类似的实验分别用两个量筒量取50毫升的水，再把它们混合在一起，结果发现只有95毫升就是不用水和酒精混合，直接用水和水混合，混合后的体积也减小了为了防止实验误差，及学校装备的落后使实验不精确我又换成精确度更高的量筒我取两个量程是10毫升的量筒，最小刻度值从原来的1毫升精确到0.1毫升然后各量取5毫升水，再把它们混合后，结果只有9.7毫升请注意和上次实验比减小程度下降了然后取不同量的水继续做实验都得出了类似的结果。

我终于恍然大悟原来我们科教书中用水和酒精混合的实验来证明分子间存在间隔，它存在错误实验本身证明分子之间存在间隔应该没错，可是解释却错了所以，我们以后证明分子间存在间隔的实验可以改为50毫升水和50毫升水混合，结果发现体积也变小了，这说明分子间存在间隔只不过解释得改了，应该这样解释：由于把两部分水混合后，水的深度增加了，底部的压强增大了，在较大压强下，水分子间的空隙变小了当然，如果我们还是用课本上的实验，更正确地解释是：“一则是因为水分子、酒精分子进入了彼此的空隙；二则最主要的一点是压强增大了，把分子之间的空隙压小了为了证明这一点，我在两个量筒中各装50毫升的水，先把一个量筒中的水倒入了一个截面积很大的圆形水槽中，记录其刻度再把另一量筒中的水倒入水槽中，测量后发现总体积没有变化这是因为，要使分子间的空隙压缩，必须要有一定的力，也就是要有一定的深度我把这个能压缩体积的最小深度叫做临界深度此时体积没变，是因为水的深度还没达到这个临界深度这个比较实验也证明了我的猜想：“深度增加压强增大后使分子间的空隙变小了改进后的实验有几个优点，一是节约资源，我们用酒精和水混合虽然也可以用改进后的解释，但做过实验后往往倒掉，浪费了酒精资源。

二则，实验物质很方便，我们不必到实验室取酒精，直接用自来水就行了三则，解释的理论弥补了原先解释的错误，酒精与水混合体积变小除了一个进入彼此的空隙的理由外，另一个理由是：“由于压强增大使分子间的间隙变小了由此，我们可以得出几个猜想：1. 深度达到临界深度时，水的底部分子间的空隙比较小2. 同样是水其实也不是均匀的，如果水深达到一定程度后，上层水分子疏，下层水分子密3. 海水底部的密度要比表面水的密度大的多4. 我们在配制一定质量分数的溶液时，不能用量筒测量水的体积，否则会造成误差应该用天平称量水的质量5. 不同的液体其临界深度不同6. 同种液体在不同的温度下它的临界深度也不同那么除了水是不是其他液体也有类似现象呢？是不是还和分子的大小，相对分子质量及液体的密度有关呢？于是，我用酒精继续做实验取两个量程是100毫升的量筒，然后各量取50毫升酒精，再把它们混合后，结果也变成了95.5毫升根据结果我们发现两个液体体积变小得程度不同，从中也说明了还和液体的种类有关为了实验更准确，我又换成精确度更高的量筒我取两个量程是10毫升的量筒，最小刻度值从原来的1毫升精确到0.1毫升然后各量取5毫升酒精，再把它们混合后，结果还是10毫升。

那么为何会出现这种现象呢？我深入思考后觉得，这又是一个大进步因为，要减小液体分子间的空隙，必须要有一定的力来克服液体分子间的斥力，而每一种液体分子所需要力的大小是不同的我们就可以用这种方法来测出不同液体分子之间斥力的大小打个比方，我做的这个10毫升酒精地混合实验，说明了混合后的深度所产生的压强还不能克服酒精分子之间的斥力，所以混合后体积不减少而用100毫升做的这个实验，它产生的压强就可以克服酒精分子间的斥力，所以体积减小了我们只要用实验得出每种液体能减少体积的临界深度，就可以计算出该种液体分子之间斥力的大小 我可以用右图来说明问题如图，如果此时，把它分成两个量筒装，其总体积变小但是，稍稍降低液面深度后，分两个量筒装体积却不变，我们就把这个深度叫做临界深度 当深度等于或超过此深度时，体积就可以被压缩而且深度越深压缩程度越大，并且不同的深度压缩程度不同，如下图 离液面的深度等于临界深度，分子间没有被压缩而在以下，则都被压缩，而且深度越深压缩程度也越大二、新发现验证之路是坎坷的我在2011年11月4日，写了《科学新发现：酒精与水混合后体积变小的真正原因》经过我上百次的实验，最终形成了一定的理论。

然后到处向各报刊、科学杂志及科学论坛投稿我的这一发现从投稿难，到没有一个平台可以尽快尽早的展示科研成果，最后终于在《中国科普博览》中发表后来也接受了金华日报吴俊斐编辑的采访，当着她的面再次成功的做出实验后来她又去请教两位教师及一位教授，把他们的意见反馈给我对于这种现象的研究，据我所知在中学科学老师中间，还没有人提出过这个概念，也没有人研究过某某老师说，张胜老师所做到实验确实发现了一些东西，但不能称之为新发现，只能说是一个粗略的实验现象，不能过早下结论 “一个大气压要76厘米的水银柱才能产生，50毫升的水能产生多少压强？”楼老师认为，50毫升酒精和50毫升水混合总体积小于100毫升的原因是分子间存在间隙引起的，压强可以忽略不计 “我们按照他的实验步骤做了多次实验，发现100毫升水分装到两个量筒里，在读数上没有发生那么大的变化，误差在0.1毫升左右，也就是说100毫升水分成两个量筒装，结果不可能是一个量筒是50毫升，另一个量筒却有55毫升，加起来有105毫升可能他读数的时候有误差浙师大专家在和学生按照张胜的实验方法，多次实验，并将自己和张胜的实验结果一起放到浙师大有关论坛上进行了探讨，最后大家认为，在这个实验中，压强的变化不可能引起体积那么大的变化。

黄仕华说，压强对体积的影响本来就存在，但是次要因素，初中教科书之所以没提到，可能和这是一个初中生的实验有关，教科书表述没那么复杂 “尽管我们做不出张胜的实验效果，但我和我的学生都认为他那种探究科学的精神值得鼓励，也值得我们大家学习浙师大专家，张胜对科学真理的认真劲令人佩服，也让人尊敬看完吴编辑的反馈后，我马上进行了回复1. 其实，这一现象如果是真的，那肯定应该是新发现，因为在我之前还没有人发现过当然如果是错误的必须得找出错误的原因我们故且不说这是不是新发现，我先提出另两位的不当之处 2. 楼老师说的有严重错误之处一则，他不能说50毫升水产生压强因为说液体的压强不能说体积，而应该说深度他作为物理教师不应该犯这种错误二则，分子本来就是微观的，无需多大的压强我可以举出许多现实的例子来反驳他比如著名的科学家帕斯卡曾经做过的一个实验：帕斯卡在一只完好的木桶上面加上一个严实的盖子然后在盖子的中心挖出一个不大的孔，将一根长铁管插入小孔中，再慢慢地将桶里装满水，这时并没有什么现象发生然后他站在一个房子的阳台上，只往管子里倒入了一杯水，惊人的现象出现了：一杯水竟使木桶压破了！ 由帕斯卡的实验我们知道，压强与体积无关，却和深度有关，深度越大压强越大。

一桶水都没有把水桶压破，一杯水又怎么会产生如此巨大的力量呢？原来木桶的破与不破，并不是由桶内水的重量大小甚至体积大小来决定的，而是由水对桶壁的压强大小来决定的我们还可以根据液体内部的压强公式P=gh得出：液体所产生的压强与液体的深度和液体的密度有关，而与水的体积和重力无关 由此证明了楼老师的错误3.专家说做这个实验时没有我这种效果，我想我们必须得找到为何会和我的结果有较大的出入更何况你们上次也看到过，我把100毫升分两个量筒装确实是50毫升+55毫升，所以应该不是读错的原因，因为这种错误是非常低级的，也是可笑的，相差这么大不能说是误差了所以专家的结论说我读数有误差是不科学的，误差不会相差这么大为了科学真理，也是慎重考虑，我建议先慢点发表文章，能否让我和专家一起把这一出入解决了再发第二天，仔细分析了一下原因，然后把专家无法做成这个实验的原因又发给了吴编辑我说：“我仔细分析了一下，专家为何没能做出我的实验效果？大致有如下的原因1. 我做的实验是11月4号，那时的气温高，而专家做实验时是12月6号，此时气温低因为气温低了，水分子间的空隙会变小，所以此时所需的压强要大一点才能压缩就如蓬松的沙子易压缩，而实的沙子难压缩一样。

正如我前面文章中所写的一样，压缩程度与临界深度和气温有关2. 也许他们做实验时水的深度不够后来，在吴编辑的安排下，我在12月9号下午和专家见面了在他办公室聊了一会儿，他。