文档介绍：由探究电热水壶的加热线圈的位置引发的热对流
实验报告
报告人：初二（6）班
问题：家用电热水壶的加热线圈的位置在什么地方，又为什么在这个
部位？
思考与假设：经过观察，我发现加热线圈都在水壶的底部。为什么不在水壶的两旁呢，首先
——上部趋势
图3
，此时发现，刚一加热，水便从连通管中溢出，实验被迫停止。此时底部温度仍保持室内温度8°C,上部温度已升至56C。
分析与论证：
，,是
因为一开始酒精灯对双温度计试管底部加热，将热量传递到底部，短时间内还没有与上部水充分发生对流，所以下部水温略高于上部水温。
从表 1，表2 中均可发现，随着时间的推移，上部的水温逐渐高过下部的水温且由图4，图 5 可知温差越来越大，因为下部的水被加热后膨胀，密度变小，则被压到了上面，而上部的水温度低，密度大，降到了下部，也就是说，下部和上部的水发生了热对流，且热对流是自下而上进行的。这时，降下来的冷水被加热后又到了上部，上部的冷水降下，形成循环，则热的水总是在上部，上部温度自然比下部温度高，以此可推出热对流的最终结果是水沸腾，上下部温度相同。
观察表 1，表2，图2，图3 可以发现，在底部加热实验中，底部温度还是有明显的上升的，而在中部加热实验中，底部温度几乎没怎么上升，一直在
10°C以下，且综合图4,图5,在底部加热实验中，上部与下部的温差也没有在中部加热实验中上部与下部的温差大。因为在底部加热实验中底部参与了对流，还是有热量传递到底部，而在中部加热实验中只有从中部到上部的一段参与了热对流，而中部到底部水温低，密度大，一直在下部，无法参与热对流，只能通过热传导获得微弱的热量，这样的对比更说明了热对流是自下而上进行的。且热对流的距离越短，对流速度越快上部升温越快
观察表 1，上部与下部的温度都有明显上升，下部 9 分钟上升了
24C，可推出再过20多分钟试管内的水就能完全烧开，由表2可矢口，下部9分钟上升了，可推出需要过超过1个小时试管内所有的水才能完全烧开，则可得出在下部加热所需时间是最短的电热水壶的加热线圈自然应放置于下部。
由实验 3，刚加热，水就从连通管中溢出是因为上部的水受热，上面已没有水与之发生热对流，则水会快速升温膨胀，从连通管中溢出。
由实验 1，2，也可推出若实验 3 正常进行，上部的水会快速受热沸腾，而下部的水与上部的水相隔很远，通过热传导获得热量更为困难，则需要更长的时间受热，效果较中部加热与底部加热更差。
25
20
15
温差兀° 10
-5
双温度计试管底部加热实验温
£
*
-_■
J
r

i

2

3

4

时间丿
丢差折线统计图
■■9
T—温差
温差趋势
*
★
4
5

6

7

8

9
/Min
图4
图5
得出结论：
热对流是热传递的一种方式，可以在水中进行的，热对流是自下而上进行的，所以加热线圈应放在电热水壶的底部。
实验误差：
1. 用酒精灯加热时由于空气流动，烛焰不稳定，热量不集中
2. 不能保证每次实验都是用火焰的同一位置加热的
拓展思维：
既然液体能够进行热对流，那热对流能否在气体中进行呢?
构造实验：
为了更好地观察气体的热对流，我们可以使用***化铵NH4C1 （*** 化铵NH4Cl=氨NH3+浓盐酸HC1） —种成白色浓烟状的物质。器材：我们制作的一个长方体木盒（前部有玻璃便于观察），上部有两个连通管（一个进气口，一个出气口），蜡烛（加热，放在出气口），浓盐酸，氨
提出实验步骤：
1．点燃蜡烛，关上前方玻璃
2．在入气口放入棉花作为载体，将浓盐酸，氨混合形成***化铵
3． ***化铵从进气口进入
4．蜡烛加热周围空气，周围空气膨胀，密度变小，进气口处的空
气温度低，密度大，则随***化铵压向出气口，此时空