“測定某種食物中的能量”實驗的多種方法的比較

摘 要：“測定某種食物中的能量”是北師大版生物七年級下冊的一個探究性實驗。對“測定某種食物中的能量”裝置的多種設計和改進，特別是從保溫、安全操作方面進行設計。絕對保溫是不可能做到的，但教師要引導學生用相對簡單、易操作的材料開展實驗，以達到最佳效果。

關鍵詞：探究實驗；測定；食物能量；裝置改進

“測定某種食物中的能量”這一探究性實驗能多方面鍛煉學生的實驗技能，如天平、量筒、溫度計、酒精燈等實驗器具的正確使用和數值讀取，同時能加深學生對科學探究一般過程的認識，進一步提高學生主動探究的能力，有利于激發學生的學習興趣和創新意識。以下是筆者對該實驗的介紹。

一、實驗材料

（1）飽滿而干燥的花生種子：有很多教材中都是同時選取花生和核桃，可是其含有能量差異不大，稍不小心就可能使實驗結果相反，所以筆者直接選擇花生一種材料，這樣不僅可以給予學生充分討論和實驗的時間，而且花生的成本低。不過花生皮不易燃燒，所以實驗中把花生皮剝掉，讓花生快速燃燒，以免損耗更多的熱量。改進裝置前一般取1粒種子，充分燃燒一般水溫會在80～90 ℃左右。在改進裝置后燃燒一粒種子，水很快沸騰，而且溫度繼續上升，這時已經不能使用常規溫度計測量了，所以改進裝置后只需花生種子的一片子葉即可。本實驗中用的是放置一年左右的花生米（水分較少，所以測得的值相對高）。

（2）使用解剖針扎入花生用打火機引燃，再去加熱試管中的水。在燃燒過程中，花生常常有脫落現象，會影響測量結果，原因主要是解剖針沒有垂直扎入2片子葉中，所以需要用解剖針垂直扎入子葉。

二、實驗裝置的總體設計

（1）裝置的選擇：紙質材料容易被點燃，如做了一次實驗的紙質裝置，實驗過程中火勢太大，差點燒著，于是終止實驗；而玻璃材料不易剪裁，所以筆者選擇易拉罐。并且是容易剪割、不易傷手的同類材質。

（2）實驗中花生的燃燒物容易掉落桌面，同時也會損壞實驗臺。可將易拉罐從中部剪開，取下部作底。

（3）錐形瓶不能直接加熱，在實驗過程中易被燒炸，所以替換成試管。10 ml水量過少，一般一粒種子燃燒一分鐘就能將水煮沸。但容積過高，溫度變化不明顯，相應選擇的試管口徑比較大，到時瓶口要多一步裁剪，因此量取15 ml的水。

（4）溫度計不能直接接觸試管底，用橡膠塞打孔后將溫度計固定在水層中部，還可以減少熱量散失。

（5）花生種子在燃燒時，有不同方向的火苗射出，也會有小小的脂肪顆粒燃燒著向周圍噴射，仿佛火焰一般，此火苗釋放的熱量很難被測量記錄。同時，如果使用解剖針轉動花生開始燃燒，燃燒速度很快，其熱量散失得也較多；若集中外焰點燃花生的一端，使其燃燒的較小火焰加熱試管底部，待燃燒一半左右時，再轉動解剖針，讓另一端花生開始慢慢燃燒，這樣花生燃燒時間較長，水的溫度變化更大。

三、幾種不同裝置的比較

（1）直接用試管加熱，用鐵架臺固定試管，用橡膠塞打孔后將溫度計固定在水層中部。用解剖針垂直扎入2片子葉中，點燃后直接加熱試管。重復至少三次測量，取平均值為6900 J。整粒種子燃燒時，散發到周圍的熱量較多，直接加熱試管的熱量相對就少了。所以此裝置誤差比較大。

（2）選用易拉罐，其拉環使用后的空洞恰好能將普通試管放入。空罐倒置后，將其底部突出部分全部剪去，周圍盡量不留明顯突起，然后在罐體三分之一處剪出一個三角形空缺，當做爐門使用；試管用試管夾夾住。重復至少三次測量，取平均值為8400 J。在罐內燃燒時，由于易拉罐的局部空間限制，熱量散失相對較少，測量值較高些。

（3）用多層錫紙包裹在易拉罐內層，底部也剪個三角形，而想到用錫紙材料，一方面隔熱效果好，減少熱量散失，另一方面，近來流行錫紙花甲，所以材料也很好找，不過我使用的是厚度更高的錫紙（外賣煲仔飯）。重復至少三次，實驗平均值為8950 J。

（4）用兩個易拉罐做成簡易裝置。一個直徑較小的易拉罐（六個核桃之類）罐口的部位徹底去掉，然后倒過來，罐底在上方，用剪刀在罐體三分之一處剪出一個三角形空缺。另一個易拉罐處理方法同上，然后將兩個易拉罐套在一起，中間填充泡沫，連接處用膠帶在外面固定好。雖然想過用泡沫劑，不過學生不易找材料就放棄了。畢竟本實驗是學生的一個探究實驗，學生是主體。重復至少三次測量。取平均值為10500 J。

通過測量食物燃燒放出熱能的多少來測定食物中的能量是一種粗略的方法，存在較大的實驗誤差，因此對引起實驗誤差原因的分析應該是本實驗的一個重要內容。如一部分熱能轉化為光能、熱傳遞引起的能量散失、燃燒不充分、實驗裝置的設計、加熱不均勻、讀數不準確（天平精確度不高）等。實際上花生的能量值是12.47 kJ/g。筆者通過多次實驗，發現最后一種實驗裝置能量相對耗損最少，誤差最小。在現有的中學實驗室條件下，此方法可謂簡單易行，同樣可以觀察到明顯的現象。

參考文獻：

劉晨雷.生物教育中學生創造性思維的培養策略[J].北京農業，2012（6）.

作者簡介：劉敏（1985.12—）女，漢族，安徽省宣城市，本科，中學二級教師，研究方向：生物科學。