“測定某種食物中貯存的能量”探究實驗裝置的改進

楊 靜

(貴州省仁懷市第十中學 564500)

“測定某種食物中貯存的能量”是北師大版初中《生物學》七年級教材中的學生探究實驗。在該探究實驗中，教材上用到的實驗材料有核桃(或花生)、錐形瓶(100mL)、石棉網、食物支架、火柴、溫度計、酒精燈、天平、鑷子、鐵罐頭筒(用廢棄易拉罐改裝的裝置代替)。在實施教學的過程中，筆者發現教材上介紹的實驗裝置還存在一定的不足。如：①測量水溫用的是普通溫度計，不易讀數；②溫度計沒有固定在錐形瓶上，同時沒有用塞子堵住錐形瓶瓶口，導致熱量的大量流失；③加熱的裝置是鐵罐頭筒，金屬導熱性強，易導致熱量的大量散失。雖然有報道對該實驗的改進[1]，但在減少能量損失方面的效果也不理想。筆者嘗試對該實驗中的裝置進行了改進，并取得了一定的實驗效果。

1 實驗裝置的設計與制作

1.1 實驗器材 核桃、天平、食物支架、錐形瓶(100mL帶刻度)、量筒、漏斗、單孔橡皮塞、鑷子、火柴、蠟燭、電子溫度計、改進的裝置。

1.2 裝置的設計 改進的裝置其設計草圖如圖1-A所示，筆者將這改進的裝置命名為“食物能量測定儀”(以下簡稱為能量測定儀或本裝置)，本裝置由下部(圖1-B)和上部(圖1-C)組成。

1.3 裝置的制作 根據設計草圖制作出來的能量測定儀如圖2所示(A，外形；B，下部；C，上部；D，蓋子；E，完整實驗裝置)。

A

B

C圖1 食物能量測定儀設計草圖

2 實驗操作

準備好實驗所需的儀器和材料,然后進行如下操作：①用天平稱量出3粒核桃的質量，每粒核桃的質量均相同(該3粒核桃均來自同一顆核桃)，分別記錄為m1、m2、m3；②在錐形瓶、能量測定儀的上部和下部中加入一定量的水(水加在內管和外管之間)，分別約為50mL、218mL、272mL；③將蓋子(圖2-D)套在裝有50mL水的錐形瓶套上，將帶有橡皮塞的電子溫度計固定在錐形瓶上(便于實時觀察錐形瓶中水溫的變化，同時減少熱量的散失)，并使電子溫度計的下端進入水中；④將錐形瓶放入能量測定儀的上部中央，然后用電子溫度計測定錐形瓶、能量測定儀上部和下部中水的溫度，分別記錄為T1、T2、T3；⑤將一粒已稱量的核桃插在食物支架上，用燃燒的蠟燭點燃核桃后迅速移至能量測定儀的下部中，然后迅速將能量測定儀的上部放到下部之上(圖2-E，注意：核桃與錐形瓶瓶底的距離要保持6cm)；⑥待核桃完全燃燒盡之后，用電子溫度計測定錐形瓶、能量測定儀上部和下部中水的溫度，分別記錄T1′、T2′、T3′；⑦取出完全燃燒的核桃。重復做3次，并做好記錄。

圖2 食物能量測定儀

3 實驗數據計算及結果

取3次實驗的平均值計算食物釋放的能量。根據常態下，1mL水升高1℃大約需要吸收4.2J熱量的原理，可知計算公式為：吸收的能量≈水量×平均溫差×4.2J。吸收的能量越接近釋放的總能量，說明實驗效果越好。根據改進的食物能量測定儀進行3次實驗得到如下數據(表1)：

表1 實驗數據記錄表

根據計算可知，通過食物能量測定儀測得各部分水總吸收的能量為16512.16J。

4 改進裝置優勢

經過改進后的食物能量測定儀其具體優勢如下：

(1) 測量范圍比較廣。測量水溫用的是電子溫度計，該溫度計能夠實時反映水溫的變化，顯示范圍為-50℃～300℃，同時也容易讀數；

(2) 減少熱量的大量流失。表2是北師大版教材中用易拉罐改裝的裝置測試的結果，裝置測得錐形瓶中水總吸收的能量為5334.00J。同樣的材料，本裝置測得數據為16512.16J，有效減少熱量的流失，所以利用本裝置進行實驗得到的實驗效果更好。

表2 北師大版教材建議的實驗裝置測定的結果