探究“比較不同物質(zhì)的吸熱能力”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

丁柏林

摘 要：“比熱容”是初中物理熱學(xué)中的一個(gè)重要的物理量，同時(shí)也是一個(gè)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(shè)置了“比較不同物質(zhì)的吸熱能力”的探究實(shí)驗(yàn)，但該實(shí)驗(yàn)裝置和器材存在一些無法克服的缺點(diǎn)，通過課堂體驗(yàn)，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置和器材進(jìn)行了大膽改進(jìn)，并取得了很好的課堂效果。

關(guān)鍵詞：新課程；探究；實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)；比熱容

“比熱容”的知識(shí)是該章的重點(diǎn)內(nèi)容，又因?yàn)椤氨葻崛荨钡母拍畋容^抽象，而且它又與質(zhì)量、溫度的變化量、吸收或放出的熱量等三個(gè)物理量有關(guān)，學(xué)生理解起來有困難，故又是整個(gè)教材的難點(diǎn)。從以往的教學(xué)實(shí)踐中，不難體會(huì)到這一教學(xué)內(nèi)容在組織教學(xué)過程中的難度。

教材中為了引出“比熱容”這一概念，首先讓學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)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(zhì)量、水溫升高的多少的關(guān)系，進(jìn)而得出：“同種物質(zhì)質(zhì)量越大，溫度升高的度數(shù)越多，吸收的熱量越多”的結(jié)論。然后在此基礎(chǔ)上提出：“不同物質(zhì)在質(zhì)量相同、升高相同溫度時(shí)吸收的質(zhì)量是否相等？”由此引出“比較不同物質(zhì)的吸熱能力”的探究實(shí)驗(yàn)，教材中給出了圖1和圖2所示的裝置。

根據(jù)該實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成功率很低，究其原因，主要是該實(shí)驗(yàn)裝置和所選器材存在如下兩個(gè)很難克服的缺點(diǎn)：

1.很難保證干沙子與水在相同時(shí)間內(nèi)吸收相等的熱量。在原實(shí)驗(yàn)裝置中，由于所用器材中用到兩個(gè)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(shí)間內(nèi)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(nèi)不能有風(fēng)，這對(duì)于學(xué)生來說要做到這一點(diǎn)有一定的難度，況且，即便以上要求都能達(dá)到，但由于水具有流動(dòng)性，能夠進(jìn)行對(duì)流傳熱，而干沙子只能通過傳導(dǎo)傳熱，況且干沙子的導(dǎo)熱能力又不是很強(qiáng)，所以，相對(duì)而言，水要比干沙子吸熱快，在相同時(shí)間內(nèi)水吸收的熱量要比干沙子多。這樣實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象與結(jié)論將出現(xiàn)極大的不同，這將直接影響到課堂教學(xué)效果，從而不能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

2.溫度計(jì)的示數(shù)不能準(zhǔn)確地反映出沙子的溫度。本實(shí)驗(yàn)的預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將是：在水中的溫度計(jì)上升的示數(shù)將比沙石中的溫度計(jì)上升的示數(shù)慢，但在使用原實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，兩支溫度計(jì)上升的示數(shù)快慢會(huì)與它們的液泡所處的位置有很大的關(guān)系：如果溫度計(jì)液泡分別放在沙子和水的中部或中上部測量，由于水的對(duì)流傳熱要比沙子的傳導(dǎo)傳熱快，在相同的時(shí)間內(nèi)我們將看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象會(huì)是：水中溫度計(jì)的示數(shù)上升得比干沙子的快！這與我們想要得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是恰恰相反的，如果讓溫度計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，但這將違背實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)的使用規(guī)則，因?yàn)闇囟扔?jì)的使用規(guī)則中明確規(guī)定：溫度計(jì)的液體泡是不能靠近或接觸容器底部的，因?yàn)槟菢尤菀讚p壞溫度計(jì)的液泡（主要是指沙石中的那一支溫度計(jì)）。

基于以上原因，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和選材分別做了如下兩套方案的改進(jìn)設(shè)計(jì)：

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案一：（參見圖3的實(shí)驗(yàn)裝置）

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案提供給每一小組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)器材有：一副鐵架臺(tái)（附帶鐵夾和金屬桿），兩支相同規(guī)格的大試管，兩支相同刻度的溫度計(jì)（尾部系有細(xì)線），一個(gè)大燒杯，兩只相同規(guī)格的小燒杯，一支滴管，煤油和冷水，一壺?zé)崴囟葹?0℃～90℃），一架天平。

該實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1.由于該實(shí)驗(yàn)裝置由原來的兩個(gè)鐵架臺(tái)變成一個(gè)，而且用同一杯熱水來代替兩個(gè)酒精燈進(jìn)行同時(shí)加熱使得整個(gè)裝置顯得更為簡捷和緊湊，可操作性強(qiáng)。為實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)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(zhì)量的水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，由于水和煤油都具有流動(dòng)性，都能進(jìn)行對(duì)流傳熱，還用同一杯熱水代替兩個(gè)酒精燈來進(jìn)行同時(shí)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(shí)間內(nèi)吸收的熱量基本相同，這樣也達(dá)到了實(shí)驗(yàn)條件的基本要求。

3.兩支溫度計(jì)并排在一起，更便于讀數(shù)或比較它們示數(shù)上升的快慢，可縮短實(shí)驗(yàn)所需要的時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)的效率。

該套實(shí)驗(yàn)裝置在操作過程中的注意事項(xiàng)：

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(shí)間內(nèi)吸收的熱量基本上相同。

2.兩支溫度計(jì)的液泡應(yīng)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(diǎn)在組裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，可以通過控制兩支大試管的底部在大燒杯中的深度來達(dá)到要求。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案二：（參見圖4實(shí)驗(yàn)裝置）

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案與第一套方案的最大區(qū)別就在于：用沙石與水（少量）的混合物代替干沙子，與等質(zhì)量的水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其余所選器材均與第一套方案相同。

該實(shí)驗(yàn)裝置具有除實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案一中所提到的優(yōu)點(diǎn)外，還保持了教材原來所選物質(zhì)不變的特點(diǎn)，還可以克服兩種物質(zhì)在相同時(shí)間內(nèi)吸熱不相同的缺點(diǎn)。

本套實(shí)驗(yàn)裝置在操作過程中的注意事項(xiàng)：

1.放入左邊試管中沙石與水（少量）的混合物的質(zhì)量應(yīng)等于右邊試管中水的質(zhì)量，且沙石顆粒的體積大小宜適中，不宜過大或過小，這一點(diǎn)可由教師在選材上進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪瓦x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(shí)間內(nèi)吸收的熱量相同。

3.兩支溫度計(jì)的液泡應(yīng)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案的實(shí)施，筆者取得了很好的課堂效果，采用第二套裝置的學(xué)生在倒入熱水后，可在1分鐘的時(shí)間內(nèi)讀取到明顯的實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)。

？誗編輯 董慧紅