探究“食物中储存的能量”实验的装置改进

吴华端

[摘 要]用废旧易拉罐改装成各种热量测定仪，用同一品种、数量的花生测定花生的热价，以各种热量测定仪所测得花生热价的多少来衡量测定仪的品质。通过方差分析选出了最能减少能量散失的Ⅵ号测定仪，并分析装置改装后的优缺点。

[关键词]热量测定仪 热价 方差分析 储存能量

[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2015）080128

探究“食物中储存的能量”的实验活动中，食物燃烧时热量的散失不可避免，成功的关键是最大限度地减少热量的散失。对此，笔者组织学生对该活动反复探究和交流讨论后，做了如下的改进。

一、实验材料准备

花生种子100粒（每粒重0.55～0.8g）、355mL易拉罐（瓶口直径恰好与容量为100mL的锥形瓶底相符）、天平、量筒、温度计、酒精灯、锥形瓶、解剖针、打孔的橡皮塞、火柴、剪刀、锡箔纸。

二、实验改进

1.实验装置的改装

（1）用与锥形瓶瓶口相符的橡皮塞打孔后将温度计固定后塞上。（2）实验用水，水量改用30mL，这样燃烧后可使水温升高30℃～60℃。（3）花生置于样品架上操作不利索，故可用解剖针直接插入花生助燃后迅速移入测定仪。

2.物理指标的测定及分析方法

（1）物理指标的测定：温度、Q值、热价、燃烧质量Δm、平均值。

3.热量测定仪的制作、选取和验证

（1）热量测定仪的具体制作方法

①取两个洗净的355mL的铝质易拉罐，同时都横切剪掉1/4，剩下有罐底的一部分；②取第一个易拉罐，在距罐底约2㎝处剪出一个约3.0㎝×2.5㎝的开口，开口对侧均匀挖出3个面积约1㎝2的小孔（通风孔）；从罐口沿瓶壁均匀剪出3条宽1㎝、深0.8㎝的铝条，并向内翻折铝条；最后用锡箔纸把罐的外壁包扎起来，留出开口和小孔；③取第二个易拉罐，沿罐壁垂直依次剪出深2㎝的铝条（铝条向外翻折成开花状）并剪出一个3.0㎝×2.5㎝的开口；④按同一方向把第一个易拉罐牢牢套在第二个易拉罐的瓶口上，热量测定仪便制成了（见图1）。

（2）Ⅵ号热量测定仪的选取、验证

①筛选8个355mL的铝质易拉制成不同型号的热量测定仪，然后编号；②在同等实验条件下，用每个测定仪各测出6粒重约0.7g的同一品种的花生的热价，计算出各样本所测得的平均值；③测得平均值最高的样本为最佳对象——Ⅵ号热量测定仪；④利用样本的单因素方差分析验证各个热量测定仪是否存在极显著差异。

三、实验结果与讨论

在供试完成后的8个编好号码的测定仪中，Ⅵ号测定仪所测得的花生热价的平均值最高，为8.26kJ/g。随机选取4组数据列表-1进行样本的单因素方差分析，通过方差分析求得F值，得出的结果是各热量测定仪存在极显著差异，证明Ⅵ号热量测定仪为目前条件下的最佳首选。

花生实际热价为12.5kJ/g，与之相对应的实验结果测得8.26kJ/g，说明实验存在误差。出现误差的原因有：花生燃烧过程中冒出的大量“黑烟”含有碳，带走一部分能量；多次点燃花生损耗掉一部分热量；外界环境中的各种因素影响花生的充分燃烧；测定仪本身吸走一部分热量；量取水量时读数不够准确；等等。

该实验设计的精当之处为，花生与核桃富含油脂，储存能量较多，燃烧过程易操作；且大小适中，易于助燃，水温升高明显，误差小。再者，用35mL铝制的废旧易拉罐制作热量测定仪，环保、轻便、易取材、易制作；其瓶口恰好与容量为100mL的锥形瓶底部相符，加上向内翻折的铝片，牢牢支撑着锥形瓶，操作过程安全方便；瓶的外壁包上锡箔纸有辐射和减少散热的功效；瓶的通气孔直径在1cm左右较好，太小供氧不足，致使样品在燃烧过程中多次熄灭，太大又导致散热多，影响实验效果。另外，实验用水量取30mL，这样燃烧后水的升温范围处于30℃～60℃，操作过程中学生不易烫伤。

（责任编辑 黄春香）