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简易食物热量测定仪的改进

2015-04-08徐永强徐兰

中学生物学 2014年11期
关键词:改进

徐永强 徐兰

摘 要 介绍了简易食物热量测定仪改进的背景、思路、过程及改进后的优点。

关键词 食物热量测定仪 改进 热价 热价提高率

中图分类号 G633.91 文献标识码 B

“探究食物中储存的能量”活动是北师大版七年级生物教材中一个重要探究实验。实验教学中,笔者发现,教材中的简易食物热量测定仪虽然使用方便,能定量测出不同食物样品的热价,效果较好。但不尽完美,如:(1) 样品燃烧时,铁质的筒体温度较高,烫手,存在一定的安全隐患;(2) 部分热量散失,误差较大。此实验的关键是最大限度减少热量散失,降低实验误差。为解决实验中存在的问题,笔者提出了改进装置的设想,并对装置进行了改进。

1 设计原理

纸质、木质材料传热性低于铁质材料。

2 装置改进的设计思路

① 保留原装置的优点;

② 降低能量的散失,提高食物热量的利用率,减少实验误差;

③ 消除安全隐患;

④ 便于自制推广。

3 装置改进设计

(1) 装置设计。

① 改进后的装置外观、规格与原装置相似;

② 纸质材料、木质材料替代铁质材料;

(2) 制作材料、用具。

① 制作材料:

直径10~13 cm×高13~15 cm的纸质筒罐1个(如废弃的茶叶纸质筒罐、油漆纸质筒罐或其他高级礼品纸质筒罐)。直径0.2~0.3 cm、长20 cm小竹签2根(或废弃的竹筷、一次性筷子),细铁丝少许、50 mL试管1支、试管塞1个、温度计1支、橡胶塞1个。

② 用具:

夹钳、尺子、铅笔、纸片、剪刀、小刀、水泥铁钉、小铁锤、平口起子。

4 装置制作、组装

(1) 制作。

① 去掉罐底;② 在罐盖中央位置制作一个直径为3 cm的圆孔,罐盖边缘制作适量直径为0.3 cm的通气小孔;③ 在距罐顶部2 cm以下部位制作一个长轴为9 cm、短轴为4.5 cm的长椭圆形窗口;④ 在罐内距顶部5 cm正对长椭圆形窗口位置制作宽5 cm的样品支架(由2根小竹签制作而成);⑤ 在罐内试距管架下方3.5 cm位置制作一个6 cm×4 cm的悬空样品架;⑥ 制作一个筒体塞,中央插入试管;⑦ 制作一个试管塞,中央制作插入温度计。

(2) 模型组装(图1)。

① 将温度计插入试管塞,试管塞插入试管,试管插入罐盖塞,罐盖塞插入罐盖中央的小孔;② 在筒体上装上样品支架;③ 样品支架上装上悬空样品架;④ 合上罐盖。

5 装置改进前、后实验数据对照

(1) 对照实验数据记录(表1)

食物样品热量计算公式:食物样品热量=(水的体积×水体温差×4.187焦耳)。

食物样品热价计算公式:食物样品热价=(水的体积×水体温差×4.187焦耳)÷样品质量。

食物样品热价提高率计算公式:〔(改进后热价-改进前热价)/改进前热价〕×100%。

(2) 对照实验数据分析。

① 实验数据对照:

改进前,花生热价:5.359 kJ,核桃热价:5.611kJ;改进后,花生热价:8.484 kJ,核桃热价:8.095 kJ。

② 改进后热价提高率:

花生:〔(8.484 kJ-5.359 kJ)/5.359 kJ〕×100%=58.31%;

核桃:〔(8.095 kJ-5.611 kJ)/5.611 kJ〕×100%=44.27%。

(3) 对照实验结论。

通过对改进前、后装置对照实验数据的分析,改进后的实验装置能提高食物样品利用率,提高热价,降低热量散失、减少实验误差。

7 装置改进后的优点

(1) 保留了原装置的优点。

(2) 消除了安全隐患。

装置改进前,主体为铁质材料,导热性强,实验结束时,装置筒体上部温度较高,烫手,存在一定的安全隐患。装置改进后,主体为纸质材料,实验结束时,筒体温度接近常温,不烫手,消除了实验中的安全隐患,提高了食物热量的利用率。

(3) 纸质材料(装置主体)、木质材料(装置样品支架)替代铁质材料,绝热性能好,热量散失少,提高了食物热量的利用率,降低实验误差。

(4) 制作简单、方便,易于自制推广。

改进前的装置,主体为铁质材料,制作时需使用切割机、电钻等大型电动工具,自制较为困难,不利于推广应用;改进后的实验装置,主体材料为纸质、木质材料,制作工具简单,易于自制加工,便于推广应用。

参考文献:

徐永强,徐燏.“探究食物中储存的能量活动”装置的设计制作[J],生物学通报,2012(10):P44-45.endprint

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