基于多版本教材中“比較不同物質的吸熱能力”實驗的設計分析與改進

摘要：不同版本教材的編者對“比較不同物質的吸熱能力”的實驗設計方案有所不同，但實驗設計的目的卻非常一致——讓學生在實驗探究活動中有效的理解比熱容概念的涵義。通過綜合分析各版本教材設計實驗方案優點及不足之處，特在原來實驗方案的基礎上加以合理的改進，使實驗現象更加理想，實現實驗效果最優化，從而更好的為教學服務。

關鍵詞：比熱客；綜合分析；改進；實驗誤差

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）10（S）-0025-2

“比較不同物質的吸熱能力”是初中物理教學熱學內容部分的一個重要探究性實驗，它是進一步構建比熱容概念的基礎，有效的降低了學生對比熱容概念理解的難度。現行的各版本教材編者設計了實驗探究方案，但對該實驗方案的設計思路又不盡相同，筆者對其進行了比較與分析。希望教師們在教學中能夠靈活的處理，運用最優化的實驗方案開展教學，以期達到最優的教學效果。

“教科版”教材的實驗方案如圖1所示，在兩個相同的金屬盒（用易拉罐自制）內，分別加入質量相等的水和沙子，同時放在用酒精燈加熱的鐵板上，比較沙子和水的吸熱情況。該實驗的優點是：第一，利用同一盞酒精燈加熱，有效的控制了沙子和水在單位時間內所吸收的熱量相同；第二，利用鐵板間接的將熱量傳遞給金屬盒中的水和沙子，使水a53370cae3dc3d79bfcf5794902d0509和沙子能均勻受熱。缺點是：第一，盡管沙子和水的吸熱能力相差很大，但沙子是不透明的顆粒狀固體，溫度計玻璃泡很難與其充分接觸，且溫度計玻璃泡在沙子中的深度不易控制和觀察；第二、水是液態的，在加熱的過程中能形成對流，使上下部分的水溫相差不是很大；但是沙子則不能，溫度計玻璃泡所處的位置不同會造成溫度計的示數差別很大。因此，若采用沙子實驗必須不斷的攪拌，使其受熱均勻，從而減小實聆誤差。

“滬科版”教材的實驗方案如圖2所示，取一定量的水或煤油盛入容器中，用溫度計分別測出它們的溫度。再用同一型號的電加熱器加熱相同的時間，斷電后并反復提拉攪拌器，待液體溫度均勻后，分別測出液體的溫度。通過比較溫度的變化量判斷液體的吸熱能力的大小。該實驗方案的優點是：第一，選擇水和煤油作為受熱物質有三點好處。①加熱物質都是液體，受熱特點相同；②溫度計玻璃泡的深度易控制，便于觀察；③水的比熱容和煤油的相差較大，且是2倍的關系，通過觀察溫度計的示數變化易得到它們之間的規律。第二，反復提拉攪拌器能使所加熱的液體溫度均勻，減小實驗誤差。缺點是：實驗裝置構造比較復雜，所應用的電路知識對學生來講理解起來有一定的難度。因此，此實驗只能夠由教師演示，且演示之前還要作輔助性的講解。

“蘇科版”教材的實驗方案如圖3所示，將相同質量的沙子和水分別裝入相同的小燒杯中，放在石棉網上加熱，并用攪拌棒不斷的攪拌。觀察沙子和水溫度升高20℃和升高40℃所需要的時間。該實驗方案的優點是：第一，利用小燒杯放在石棉網加熱，能夠使被加熱的沙子和水底部均勻受熱；第二，用攪拌棒不斷的攪拌水和沙子，使其受熱均勻，使溫度計所測溫度是沙子和水吸收熱量后平均溫度，從而減小實驗誤差。缺點是：第一，由于酒精燈火焰大小及外焰距燒杯底高度不一定完全相同，即被加熱物質單位時間內所吸收的熱量不一定完全相同：第二，沙子是不透明的顆粒狀物體，溫度計玻璃泡很難與其充分接觸，且溫度計玻璃泡在沙子中的深度不容易控制和觀察；第三，水是液態的，在受熱過程中形成對流，而沙子是固態的，不能形成對流，即受熱時特點不一樣。

通過綜合比較和分析后，筆者認為從以下幾個方面設計可以使實驗效果最優化。第一。選擇比熱容相差較大同種狀態的物質加熱，最好吸熱能力成倍數關系，有助于規律的總結，如水和煤油。第二，要從安全的角度考慮，易燃和有劇毒的物質不能選用；第三，要使被加熱物質能夠均勻吸熱，采用盡可能的增大受熱接觸面積的方法。

基于以上幾個方面的考慮，筆者對本實驗進行了如下改進，按圖4所示將試驗裝置安裝好，取少許相同質量的水和煤油裝入小試管里，下端浸入盛有水的大燒杯中，使試管中的液面低于燒杯中的水面，便于讓試管中的液體受熱均勻：選擇的水和煤油液體均屬于透明液體，便于觀察和控制溫度計玻璃泡的位置；采用同一個大燒杯進行水浴加熱，有效的控制了單位時間內水和煤油吸收的熱量相同。

改進后的實驗方案使實驗現象更加顯著，為后面比熱容概念的教學作了鋪墊，收到了不錯的教學效果。

參考文獻：

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[3]劉炳升，李容，賈克鈞等，物理9年級上冊[M]，南京：江蘇科學技術出版社，2008。

（欄目編輯 劉榮）