CN203165292U - 探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置 - Google Patents
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Abstract
一种探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，包括水槽、量杯、温度传感器、导线、温度计，所述量杯倒扣在水槽中，所述温度传感器位于量杯内，并通过一条导线与水槽外的温度计连接；还包括大容积的窄口玻璃瓶、水槽、金属棒、蜡烛，所述窄口玻璃瓶倒扣在水槽中，所述金属棒位于窄口玻璃瓶内，并固定在水槽上，所述蜡烛固定在金属棒上。本实用新型的探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，对课本上的解释提出质疑，进而进行探究，其结构简单，操作方便，成本低，易于操作，适宜作为科学研究的常用器具。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种研究装置，尤其涉及一种探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置。
背景技术
多年来在小学科学（自然常识）教科书与许多科普书籍上有一个传统而经典的实验叫“蜡烛喝水”：将一支点燃的蜡烛放在一个盛有水的水槽中，再将一个透明杯倒扣在蜡烛上，待几十秒钟后蜡烛会熄灭，在数秒钟后杯内水平面会上升至透明杯容量的五分之一处。这个实验用来验证空气中有五分之一是氧气，蜡烛燃烧会使氧气耗尽，所以水位会上升填补这些空间。
但是，根据质量守恒定律，蜡烛燃烧虽然会使氧气消失，但同时会生成二氧化碳，后者也占有同样大的体积，所以以上解释是有问题的。也有人提出二氧化碳会溶解在水中，是这个原因吗？
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种研究装置，来探究杯中的蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，其中，包括水槽、量杯、温度传感器、导线、温度计，所述量杯倒扣在水槽中，所述温度传感器位于量杯内，并通过一条导线与水槽外的温度计连接。
上述的探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，其中，所述量杯的容积为1000~10000毫升。
一种探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，其中，包括大容积的窄口玻璃瓶、水槽、金属棒、蜡烛，所述窄口玻璃瓶倒扣在水槽中，所述金属棒位于窄口玻璃瓶内，并固定在水槽上，所述蜡烛固定在金属棒上。
因此，本实用新型的探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，对课本上的解释提出质疑，进而进行探究，其结构简单，操作方便，成本低，易于操作，适宜作为科学研究的常用器具。
附图说明
图1是教科书上“蜡烛喝水”的实验装置图。
图2是本实用新型的采用大容积的窄口玻璃瓶来探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置。
图3是本实用新型探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置作详细说明。
本实用新型是探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，假设原因：杯内水位上升是因为蜡烛燃烧使杯内空气温度上升，从而使空气体积扩大，密度变小，同时在高温下水蒸汽含量会变多，在蜡烛火焰熄灭后，一方面杯内空气温度下降后会密度变大，同时空气中水蒸汽会冷凝成蒸馏水，从而使杯内空气体积变小，使杯内水位上升。
请参见图1，在蜡烛燃烧过程中会发现杯内不断有气泡冒出。这说明杯内空气在加热过程中体积在膨胀。在火焰熄灭后的十秒钟内开始发生水位上升现象，而且杯内水位迅速上升，在5秒钟内结束上升。二氧化碳不可能在这么短的时间内迅速溶解在水中。
用图1的装置做两个验证实验：
（1）用含酒精的棉花取代蜡烛进行燃烧，发现杯内水位上升更高，甚至可到达杯容积的三分之一处，如果用空气中有五分之一氧气来解释就有矛盾了。认为有二个原因：一是燃烧温度更高，空气密度更小了；二是可发现杯内壁上会生成许多小水珠，这是因为酒精燃烧后会生成水蒸汽，使热空气中的水蒸汽含量更多。
（2）用油取代水，实验结果是油液位仍上升至五分之一处，因为二氧化碳不会溶解在油中，可排除是二氧化碳溶解在水中这个可能性。
为了验证假设的原因是否正确，就要降低杯内温度上升对空气体积的影响，请参见图2，包括大容积的窄口玻璃瓶1、水槽2、金属棒3、蜡烛4，所述窄口玻璃瓶1倒扣在水槽2中，所述金属棒3位于窄口玻璃瓶1内，并固定在水槽2上，所述蜡烛4固定在金属棒3上。采用体积尽量大的玻璃瓶和火焰尽量小的蜡烛，甚至可用蚊香取代蜡烛，这样既可使杯内蜡烛燃烧，消耗氧气生成二氧化碳，又可使杯内温度不上升，观察杯内水位是否上升，用反证法验证水位上升原因不是失去氧气而是热空气体积膨胀。这样用半个小时进行燃烧，杯壁与杯内温度上升仅有几摄氏度，结果可发现杯内水位几乎不上升。
进行进一步的探究，请参见图3，包括水槽5、量杯6、温度传感器7、导线8、温度计9，所述量杯6倒扣在水槽5中，所述温度传感器7位于量杯6内，并通过一条导线8与水槽5外的温度计9连接。使用此装置进行实验：
（1）其它条件相同，采用容积为1000~10000毫升的量杯6进行实验，并用温度计9测量杯内温度，可发现，量杯6的容积越大，水位上升越小；水位上升时间发生在杯内温度为100℃附近。
（2）其它条件相同，采用不同大小的蜡烛进行实验，并记下各自水位上升量，可发现，蜡烛越细，火焰越小，杯内温度上升越小，水位上升量越小。
（3）其它条件相同，采用不同燃烧物进行实验，分别采用蜡烛、酒精、白磷，会发现水位上升量不一样大。说明燃烧中的水蒸汽量对水位上升值有很大影响。
（4）用电加热法取代燃烧：用一根电热棒放在杯内加热，可发现不用燃烧，只要杯内加热后冷却杯内液位就会上升。
以上实验验证假设的原因是正确的，即杯内水位上升是因为蜡烛燃烧使杯内空气温度上升，从而使空气体积扩大，密度变小，同时在高温下水蒸汽含量会变多，在蜡烛火焰熄灭后，一方面杯内空气温度下降后会密度变大，同时空气中水蒸汽会冷凝成蒸馏水，从而使杯内空气体积变小，使杯内水位上升。
因此，本实用新型的探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，对课本上的解释提出质疑，进而进行探究，其结构简单，操作方便，成本低，易于操作，适宜作为科学研究的常用器具。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，其特征在于，包括水槽、量杯、温度传感器、导线、温度计，所述量杯倒扣在水槽中，所述温度传感器位于量杯内，并通过一条导线与水槽外的温度计连接。
2.根据权利要求1所述的探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，其特征在于，所述量杯的容积为1000~10000毫升。
3.一种探究杯中蜡烛熄灭后杯内水位上升的原因的装置，其特征在于，包括大容积的窄口玻璃瓶、水槽、金属棒、蜡烛，所述窄口玻璃瓶倒扣在水槽中，所述金属棒位于窄口玻璃瓶内，并固定在水槽上，所述蜡烛固定在金属棒上。
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