探究“食物中儲存的能量”實驗的裝置改進

吳華端

[摘 要]用廢舊易拉罐改裝成各種熱量測定儀，用同一品種、數(shù)量的花生測定花生的熱價，以各種熱量測定儀所測得花生熱價的多少來衡量測定儀的品質(zhì)。通過方差分析選出了最能減少能量散失的Ⅵ號測定儀，并分析裝置改裝后的優(yōu)缺點。

[關(guān)鍵詞]熱量測定儀 熱價 方差分析 儲存能量

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2015）080128

探究“食物中儲存的能量”的實驗活動中，食物燃燒時熱量的散失不可避免，成功的關(guān)鍵是最大限度地減少熱量的散失。對此，筆者組織學生對該活動反復(fù)探究和交流討論后，做了如下的改進。

一、實驗材料準備

花生種子100粒（每粒重0.55～0.8g）、355mL易拉罐（瓶口直徑恰好與容量為100mL的錐形瓶底相符）、天平、量筒、溫度計、酒精燈、錐形瓶、解剖針、打孔的橡皮塞、火柴、剪刀、錫箔紙。

二、實驗改進

1.實驗裝置的改裝

（1）用與錐形瓶瓶口相符的橡皮塞打孔后將溫度計固定后塞上。（2）實驗用水，水量改用30mL，這樣燃燒后可使水溫升高30℃～60℃。（3）花生置于樣品架上操作不利索，故可用解剖針直接插入花生助燃后迅速移入測定儀。

2.物理指標的測定及分析方法

（1）物理指標的測定：溫度、Q值、熱價、燃燒質(zhì)量Δm、平均值。

3.熱量測定儀的制作、選取和驗證

（1）熱量測定儀的具體制作方法

①取兩個洗凈的355mL的鋁質(zhì)易拉罐，同時都橫切剪掉1/4，剩下有罐底的一部分；②取第一個易拉罐，在距罐底約2㎝處剪出一個約3.0㎝×2.5㎝的開口，開口對側(cè)均勻挖出3個面積約1㎝2的小孔（通風孔）；從罐口沿瓶壁均勻剪出3條寬1㎝、深0.8㎝的鋁條，并向內(nèi)翻折鋁條；最后用錫箔紙把罐的外壁包扎起來，留出開口和小孔；③取第二個易拉罐，沿罐壁垂直依次剪出深2㎝的鋁條（鋁條向外翻折成開花狀）并剪出一個3.0㎝×2.5㎝的開口；④按同一方向把第一個易拉罐牢牢套在第二個易拉罐的瓶口上，熱量測定儀便制成了（見圖1）。

（2）Ⅵ號熱量測定儀的選取、驗證

①篩選8個355mL的鋁質(zhì)易拉制成不同型號的熱量測定儀，然后編號；②在同等實驗條件下，用每個測定儀各測出6粒重約0.7g的同一品種的花生的熱價，計算出各樣本所測得的平均值；③測得平均值最高的樣本為最佳對象——Ⅵ號熱量測定儀；④利用樣本的單因素方差分析驗證各個熱量測定儀是否存在極顯著差異。

三、實驗結(jié)果與討論

在供試完成后的8個編好號碼的測定儀中，Ⅵ號測定儀所測得的花生熱價的平均值最高，為8.26kJ/g。隨機選取4組數(shù)據(jù)列表-1進行樣本的單因素方差分析，通過方差分析求得F值，得出的結(jié)果是各熱量測定儀存在極顯著差異，證明Ⅵ號熱量測定儀為目前條件下的最佳首選。

花生實際熱價為12.5kJ/g，與之相對應(yīng)的實驗結(jié)果測得8.26kJ/g，說明實驗存在誤差。出現(xiàn)誤差的原因有：花生燃燒過程中冒出的大量“黑煙”含有碳，帶走一部分能量；多次點燃花生損耗掉一部分熱量；外界環(huán)境中的各種因素影響花生的充分燃燒；測定儀本身吸走一部分熱量；量取水量時讀數(shù)不夠準確；等等。

該實驗設(shè)計的精當之處為，花生與核桃富含油脂，儲存能量較多，燃燒過程易操作；且大小適中，易于助燃，水溫升高明顯，誤差小。再者，用35mL鋁制的廢舊易拉罐制作熱量測定儀，環(huán)保、輕便、易取材、易制作；其瓶口恰好與容量為100mL的錐形瓶底部相符，加上向內(nèi)翻折的鋁片，牢牢支撐著錐形瓶，操作過程安全方便；瓶的外壁包上錫箔紙有輻射和減少散熱的功效；瓶的通氣孔直徑在1cm左右較好，太小供氧不足，致使樣品在燃燒過程中多次熄滅，太大又導(dǎo)致散熱多，影響實驗效果。另外，實驗用水量取30mL，這樣燃燒后水的升溫范圍處于30℃～60℃，操作過程中學生不易燙傷。

（責任編輯 黃春香）