論比熱容實驗的改進

◆宋豐艮

(山東桓臺縣世紀中學)

論比熱容實驗的改進

◆宋豐艮

(山東桓臺縣世紀中學)

《探究不同物質的吸熱能力》在初中階段是非常重要的一個實驗，為了實現其易操作性、安全性等，做了一下改進：用盛滿熱水的保溫杯作為熱源，在兩支相同的試管中加入同質量的酒精和水作為研究對象，并在試管中固定好溫度計，與保溫杯組裝起來，就組成了改良后的實驗裝置。經使用，發現能夠比較清晰，方便地將實驗結果展示出來。

保溫杯 試管 溫度計 泡沫塑料

《探究不同物質的吸熱能力》是比熱容部分最重要的實驗之一，在以往的教學過程中，大部分教師的處理方式是視頻教學、仿真實驗室、flash動畫等。不僅僅因為該實驗的教具相對來說比較復雜，而且在實驗的實際操作過程中有一定的危險性，所以在很長的時間內，我們尋求的是實驗裝置的改進，能更清晰、安全的展示出實驗現象。

一、課本教材實驗展示

以水和食用油為研究對象，參考右圖的實驗裝置，用天平稱取相同質量的水和食用油，分別裝入兩個相同的燒杯內。用電加熱器給它們加熱，用溫度計測量液體吸收熱量后升高的溫度值，并用鐘表記錄加熱時間。在質量一定時，比較兩種物質的吸熱能力。如果加熱時間相同，即液體吸收熱量相同的情況下，溫度變化小的吸熱能力強；如果溫度變化相同，則加熱時間長的吸收熱量多，吸熱能力強。(如圖1所示)

1.優點

(1)電加熱器更加穩定，不容易受到外界因素的干擾，如果選用酒精燈，那么熱源容易產生差別。

(2)水和煤油的吸熱能力相差較大，能夠清晰從溫度計或者加熱時間上比較出兩者之間差別。

2.劣勢

從加熱裝置上來說，此實驗可以作為演示實驗，在大部分的城鎮學校無法達到使用電加熱器的標準，更不用說將這個實驗作為學生分組實驗，自己去探究實驗，總結規律。此項實驗操作，涉及到了熱學和電學過程，從操作上和安全上來說，并不適合初中學生來完成此項實驗。

二、改進措施

1.裝置改進

在本實驗中，要求研究的熱源具有一定的穩定性，所以在改進時熱源的改進需要進一步斟酌。

(1)在熱源的改進過程中，首先我選擇的是將電加熱器換成酒精燈，要求盡量完全相同的兩個酒精燈。

酒精燈的操作更加的方便，安全性上來說，也避免了電的介入。但酒精燈的加熱，我們不能保證熱源的穩定性。

(2)鑒于熱源的穩定性的處理，我將酒精燈減少為一個(如右圖2所示)，共同給兩個燒杯內的液體進行加熱。

優點：對于兩個燒杯內的液體而言，熱源具有穩定性，實驗現象比較清晰。

劣勢：實驗時間長，液體的量相對于熱源來說，偏重。

(3)處理上述問題，我采用的方法是將盛液裝置有燒杯換成試管，并將試管放入正在加熱的水中，觀察現象(如右圖3所示)。

優點：能夠保證熱源的穩定性，并能快速的觀察到實驗現象。

劣勢：本裝置固定溫度計使用的是鐵架臺，移動明顯不方便，而且有一定的安全隱患。此外酒精燈的使用，我們也可以做替代處理。

(4)介于上述的要求，我們使用泡沫塑料，借鑒了螺絲墊的原理以及兩點確定一條直線的理論，使用兩個泡沫所料墊將溫度計固定在了試管中(如圖4所示)。同時用將起加熱作用的酒精燈去掉，來觀察現象(如圖5所示)。

由于外界氣溫較低，使用圖5的裝置，我發現用于加熱的熱水溫度降低速度較快，導致現象不明顯。所以，我將圖5燒杯換成保溫杯，發現效果很好。這個裝置，便于攜帶，而且利用的是大家熟悉的加熱工具，體現了物理與社會生活的練習。

2.材料的改進

教材中進行的實驗，是利用的水和煤油，但在上述的裝置中加熱時。但吸收相同的熱量時，兩種液體溫度變化不明顯。在改進中，我將煤油替換成了豆油，色拉油等等，發現效果不明顯，所以我要選擇比熱容差距較大的兩種物質，重做實驗。

(1)鑒于固體與液體比熱容的差距較大，我選擇的材料為細沙和水，重新做上述的實驗。通過數據我們看到，細沙升溫速度比水的升溫速度慢，與正確的實驗結論相違背。經教研組研究，我們認為影響實驗效果的因素有這樣幾個：首先，沙子的熱傳導效果比較差，所以，沙子中溫度計的變化一開始比較緩慢。其次，在加熱過程中，我們無法對沙子進行加熱，所以在不同區域受熱不均勻。

(2)鑒于上述的問題，我發現固體并不適合實驗，所以重新從液體中選擇加熱材料，一個偶然的想法，我決定使用酒精和水，進行實驗。

從上述實驗數據，我們可以看到：質量相同的水和酒精，吸收相同的熱量(加熱時間相同)，升溫慢的，吸熱能力強。同樣的，我們也可以發現升高相同的溫度，水吸收的熱量多。

三、結論

通過上述實驗的實驗數據，我們總結出：不同物質的吸熱能力不同，我們用比熱容來代表物質這種能力。

這種能力體現兩個方面：①質量相同的不同物質，升高(或降低)相同的溫度，比熱容大的物質吸收(或放出)的熱量多。②質量相同的不同物質，吸收(或放出)相同的熱量，比熱容大的物質升溫(或降溫)慢。

四、實驗說明

該實驗用到器材是保溫杯和試管，所以熱源的供應是有一定時間限制的，此外兩種液體放在了試管中，質量較小，所以溫度變化很快，用時較短，所以需要及時觀察記錄。