探究“比較不同物質的吸熱能力”實驗的改進

丁柏林

摘 要：“比熱容”是初中物理熱學中的一個重要的物理量，同時也是一個比較難理解的物理量，為了有效地引出“比熱容”這一概念，人教版新課程中設置了“比較不同物質的吸熱能力”的探究實驗，但該實驗裝置和器材存在一些無法克服的缺點，通過課堂體驗，對相關實驗裝置和器材進行了大膽改進，并取得了很好的課堂效果。

關鍵詞：新課程；探究；實驗；改進；比熱容

“比熱容”的知識是該章的重點內容，又因為“比熱容”的概念比較抽象，而且它又與質量、溫度的變化量、吸收或放出的熱量等三個物理量有關，學生理解起來有困難，故又是整個教材的難點。從以往的教學實踐中，不難體會到這一教學內容在組織教學過程中的難度。

教材中為了引出“比熱容”這一概念，首先讓學生根據生活經驗討論教材上“想想議議”的問題，由此得出水吸收的熱量與水的質量、水溫升高的多少的關系，進而得出：“同種物質質量越大，溫度升高的度數越多，吸收的熱量越多”的結論。然后在此基礎上提出：“不同物質在質量相同、升高相同溫度時吸收的質量是否相等？”由此引出“比較不同物質的吸熱能力”的探究實驗，教材中給出了圖1和圖2所示的裝置。

根據該實驗裝置來進行學生探究實驗，實驗成功率很低，究其原因，主要是該實驗裝置和所選器材存在如下兩個很難克服的缺點：

1.很難保證干沙子與水在相同時間內吸收相等的熱量。在原實驗裝置中，由于所用器材中用到兩個酒精燈，盡管所用的酒精燈可以做到基本上相同，但要使水和干沙子在相同時間內吸收相同的熱量必須做到：火焰的大小和高度基本一致，且室內不能有風，這對于學生來說要做到這一點有一定的難度，況且，即便以上要求都能達到，但由于水具有流動性，能夠進行對流傳熱，而干沙子只能通過傳導傳熱，況且干沙子的導熱能力又不是很強，所以，相對而言，水要比干沙子吸熱快，在相同時間內水吸收的熱量要比干沙子多。這樣實驗的現象與結論將出現極大的不同，這將直接影響到課堂教學效果，從而不能達到預期的教學目標。

2.溫度計的示數不能準確地反映出沙子的溫度。本實驗的預計實驗現象將是：在水中的溫度計上升的示數將比沙石中的溫度計上升的示數慢，但在使用原實驗裝置時，兩支溫度計上升的示數快慢會與它們的液泡所處的位置有很大的關系：如果溫度計液泡分別放在沙子和水的中部或中上部測量，由于水的對流傳熱要比沙子的傳導傳熱快，在相同的時間內我們將看到的實驗現象會是：水中溫度計的示數上升得比干沙子的快！這與我們想要得到的實驗結果是恰恰相反的，如果讓溫度計液泡靠近容器底部甚至接觸底部，雖然可以看到我們所期望的實驗結果，但這將違背實驗室溫度計的使用規則，因為溫度計的使用規則中明確規定：溫度計的液體泡是不能靠近或接觸容器底部的，因為那樣容易損壞溫度計的液泡（主要是指沙石中的那一支溫度計）。

基于以上原因，筆者對實驗裝置和選材分別做了如下兩套方案的改進設計：

實驗改進方案一：（參見圖3的實驗裝置）

本實驗改進方案提供給每一小組學生的實驗器材有：一副鐵架臺（附帶鐵夾和金屬桿），兩支相同規格的大試管，兩支相同刻度的溫度計（尾部系有細線），一個大燒杯，兩只相同規格的小燒杯，一支滴管，煤油和冷水，一壺熱水（溫度為80℃～90℃），一架天平。

該實驗裝置的優點主要有：

1.由于該實驗裝置由原來的兩個鐵架臺變成一個，而且用同一杯熱水來代替兩個酒精燈進行同時加熱使得整個裝置顯得更為簡捷和緊湊，可操作性強。為實驗的準確性和成功率提供了可靠的保證。

2.用煤油取代干沙子來跟等質量的水進行對比實驗，由于水和煤油都具有流動性，都能進行對流傳熱，還用同一杯熱水代替兩個酒精燈來進行同時加熱，只要做到兩支大試管的底部水平，這樣就很容易做到水和煤油在相同時間內吸收的熱量基本相同，這樣也達到了實驗條件的基本要求。

3.兩支溫度計并排在一起，更便于讀數或比較它們示數上升的快慢，可縮短實驗所需要的時間，提高了實驗的效率。

該套實驗裝置在操作過程中的注意事項：

1.兩支大試管的底部要保持在同一水平面上，以保證兩試管的受熱面積相同，從而使兩種液體在相同時間內吸收的熱量基本上相同。

2.兩支溫度計的液泡應分別處在煤油和冷水的中間或中間偏上高度，且不宜與試管壁接觸。

3.倒入大燒杯中的熱水水面高度，以不超過冷水水面高度的三分之一為宜，絕不可超過冷水液面的高度，這一點在組裝實驗裝置時，可以通過控制兩支大試管的底部在大燒杯中的深度來達到要求。

實驗改進方案二：（參見圖4實驗裝置）

本實驗改進方案與第一套方案的最大區別就在于：用沙石與水（少量）的混合物代替干沙子，與等質量的水進行對比實驗，其余所選器材均與第一套方案相同。

該實驗裝置具有除實驗改進方案一中所提到的優點外，還保持了教材原來所選物質不變的特點，還可以克服兩種物質在相同時間內吸熱不相同的缺點。

本套實驗裝置在操作過程中的注意事項：

1.放入左邊試管中沙石與水（少量）的混合物的質量應等于右邊試管中水的質量，且沙石顆粒的體積大小宜適中，不宜過大或過小，這一點可由教師在選材上進行適當的控制和選取。

2.兩支大試管的底部要在同一水平面上，以保證兩支試管的受熱面積相同，從而使兩者在相同時間內吸收的熱量相同。

3.兩支溫度計的液泡應分別處在冷水的中間或中間偏上高度，且不宜與試管壁接觸。

4.倒入大燒杯中的熱水水面高度，以不超過沙石中水面高度的三分之一為宜，絕不可超過沙石中水面的高度。

通過以上兩套實驗改進方案的實施，筆者取得了很好的課堂效果，采用第二套裝置的學生在倒入熱水后，可在1分鐘的時間內讀取到明顯的實驗對比數據。

？誗編輯 董慧紅