“測定某種食物中的能量”實(shí)驗(yàn)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(gè)探究性實(shí)驗(yàn)。對“測定某種食物中的能量”裝置的多種設(shè)計(jì)和改進(jìn)，特別是從保溫、安全操作方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。絕對保溫是不可能做到的，但教師要引導(dǎo)學(xué)生用相對簡單、易操作的材料開展實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到最佳效果。

關(guān)鍵詞：探究實(shí)驗(yàn)；測定；食物能量；裝置改進(jìn)

“測定某種食物中的能量”這一探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)芏喾矫驽憻拰W(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，如天平、量筒、溫度計(jì)、酒精燈等實(shí)驗(yàn)器具的正確使用和數(shù)值讀取，同時(shí)能加深學(xué)生對科學(xué)探究一般過程的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步提高學(xué)生主動(dòng)探究的能力，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)。以下是筆者對該實(shí)驗(yàn)的介紹。

一、實(shí)驗(yàn)材料

（1）飽滿而干燥的花生種子：有很多教材中都是同時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(xué)生充分討論和實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，而且花生的成本低。不過花生皮不易燃燒，所以實(shí)驗(yàn)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(jìn)裝置前一般取1粒種子，充分燃燒一般水溫會(huì)在80～90 ℃左右。在改進(jìn)裝置后燃燒一粒種子，水很快沸騰，而且溫度繼續(xù)上升，這時(shí)已經(jīng)不能使用常規(guī)溫度計(jì)測量了，所以改進(jìn)裝置后只需花生種子的一片子葉即可。本實(shí)驗(yàn)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(jī)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(xiàn)象，會(huì)影響測量結(jié)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(shí)驗(yàn)裝置的總體設(shè)計(jì)

（1）裝置的選擇：紙質(zhì)材料容易被點(diǎn)燃，如做了一次實(shí)驗(yàn)的紙質(zhì)裝置，實(shí)驗(yàn)過程中火勢太大，差點(diǎn)燒著，于是終止實(shí)驗(yàn)；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(zhì)。

（2）實(shí)驗(yàn)中花生的燃燒物容易掉落桌面，同時(shí)也會(huì)損壞實(shí)驗(yàn)臺(tái)。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(shí)驗(yàn)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(yīng)選擇的試管口徑比較大，到時(shí)瓶口要多一步裁剪，因此量取15 ml的水。

（4）溫度計(jì)不能直接接觸試管底，用橡膠塞打孔后將溫度計(jì)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(shí)，有不同方向的火苗射出，也會(huì)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(shí)，如果使用解剖針轉(zhuǎn)動(dòng)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(diǎn)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(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)解剖針，讓另一端花生開始慢慢燃燒，這樣花生燃燒時(shí)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(tái)固定試管，用橡膠塞打孔后將溫度計(jì)固定在水層中部。用解剖針垂直扎入2片子葉中，點(diǎn)燃后直接加熱試管。重復(fù)至少三次測量，取平均值為6900 J。整粒種子燃燒時(shí)，散發(fā)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(huán)使用后的空洞恰好能將普通試管放入?？展薜怪煤?，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(gè)三角形空缺，當(dāng)做爐門使用；試管用試管夾夾住。重復(fù)至少三次測量，取平均值為8400 J。在罐內(nèi)燃燒時(shí)，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(nèi)層，底部也剪個(gè)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(fù)至少三次，實(shí)驗(yàn)平均值為8950 J。

（4）用兩個(gè)易拉罐做成簡易裝置。一個(gè)直徑較小的易拉罐（六個(gè)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(gè)三角形空缺。另一個(gè)易拉罐處理方法同上，然后將兩個(gè)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(xué)生不易找材料就放棄了。畢竟本實(shí)驗(yàn)是學(xué)生的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生是主體。重復(fù)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(shí)驗(yàn)誤差，因此對引起實(shí)驗(yàn)誤差原因的分析應(yīng)該是本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要內(nèi)容。如一部分熱能轉(zhuǎn)化為光能、熱傳遞引起的能量散失、燃燒不充分、實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、加熱不均勻、讀數(shù)不準(zhǔn)確（天平精確度不高）等。實(shí)際上花生的能量值是12.47 kJ/g。筆者通過多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)最后一種實(shí)驗(yàn)裝置能量相對耗損最少，誤差最小。在現(xiàn)有的中學(xué)實(shí)驗(yàn)室條件下，此方法可謂簡單易行，同樣可以觀察到明顯的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

劉晨雷.生物教育中學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)策略[J].北京農(nóng)業(yè)，2012（6）.

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