“測(cè)定某種食物中貯存的能量”探究實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

楊 靜

(貴州省仁懷市第十中學(xué) 564500)

“測(cè)定某種食物中貯存的能量”是北師大版初中《生物學(xué)》七年級(jí)教材中的學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)。在該探究實(shí)驗(yàn)中，教材上用到的實(shí)驗(yàn)材料有核桃(或花生)、錐形瓶(100mL)、石棉網(wǎng)、食物支架、火柴、溫度計(jì)、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(shí)施教學(xué)的過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)教材上介紹的實(shí)驗(yàn)裝置還存在一定的不足。如：①測(cè)量水溫用的是普通溫度計(jì)，不易讀數(shù)；②溫度計(jì)沒(méi)有固定在錐形瓶上，同時(shí)沒(méi)有用塞子堵住錐形瓶瓶口，導(dǎo)致熱量的大量流失；③加熱的裝置是鐵罐頭筒，金屬導(dǎo)熱性強(qiáng)，易導(dǎo)致熱量的大量散失。雖然有報(bào)道對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[1]，但在減少能量損失方面的效果也不理想。筆者嘗試對(duì)該實(shí)驗(yàn)中的裝置進(jìn)行了改進(jìn)，并取得了一定的實(shí)驗(yàn)效果。

1 實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與制作

1.1 實(shí)驗(yàn)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(jì)、改進(jìn)的裝置。

1.2 裝置的設(shè)計(jì) 改進(jìn)的裝置其設(shè)計(jì)草圖如圖1-A所示，筆者將這改進(jìn)的裝置命名為“食物能量測(cè)定儀”(以下簡(jiǎn)稱為能量測(cè)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(jù)設(shè)計(jì)草圖制作出來(lái)的能量測(cè)定儀如圖2所示(A，外形；B，下部；C，上部；D，蓋子；E，完整實(shí)驗(yàn)裝置)。

A

B

C圖1 食物能量測(cè)定儀設(shè)計(jì)草圖

2 實(shí)驗(yàn)操作

準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的儀器和材料,然后進(jìn)行如下操作：①用天平稱量出3粒核桃的質(zhì)量，每粒核桃的質(zhì)量均相同(該3粒核桃均來(lái)自同一顆核桃)，分別記錄為m1、m2、m3；②在錐形瓶、能量測(cè)定儀的上部和下部中加入一定量的水(水加在內(nèi)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(jì)固定在錐形瓶上(便于實(shí)時(shí)觀察錐形瓶中水溫的變化，同時(shí)減少熱量的散失)，并使電子溫度計(jì)的下端進(jìn)入水中；④將錐形瓶放入能量測(cè)定儀的上部中央，然后用電子溫度計(jì)測(cè)定錐形瓶、能量測(cè)定儀上部和下部中水的溫度，分別記錄為T(mén)1、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(diǎn)燃核桃后迅速移至能量測(cè)定儀的下部中，然后迅速將能量測(cè)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(jì)測(cè)定錐形瓶、能量測(cè)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(fù)做3次，并做好記錄。

圖2 食物能量測(cè)定儀

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算及結(jié)果

取3次實(shí)驗(yàn)的平均值計(jì)算食物釋放的能量。根據(jù)常態(tài)下，1mL水升高1℃大約需要吸收4.2J熱量的原理，可知計(jì)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(shuō)明實(shí)驗(yàn)效果越好。根據(jù)改進(jìn)的食物能量測(cè)定儀進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)(表1)：

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

根據(jù)計(jì)算可知，通過(guò)食物能量測(cè)定儀測(cè)得各部分水總吸收的能量為16512.16J。

4 改進(jìn)裝置優(yōu)勢(shì)

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的食物能量測(cè)定儀其具體優(yōu)勢(shì)如下：

(1) 測(cè)量范圍比較廣。測(cè)量水溫用的是電子溫度計(jì)，該溫度計(jì)能夠?qū)崟r(shí)反映水溫的變化，顯示范圍為-50℃～300℃，同時(shí)也容易讀數(shù)；

(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(cè)試的結(jié)果，裝置測(cè)得錐形瓶中水總吸收的能量為5334.00J。同樣的材料，本裝置測(cè)得數(shù)據(jù)為16512.16J，有效減少熱量的流失，所以利用本裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)效果更好。

表2 北師大版教材建議的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定的結(jié)果