探究“比较不同物质的吸热能力”实验的改进

2015-06-18丁柏林

新课程·中旬 2015年4期

丁柏林

摘要：“比热容”是初中物理热学中的一个重要的物理量，同时也是一个比较难理解的物理量，为了有效地引出“比热容”这一概念，人教版新课程中设置了“比较不同物质的吸热能力”的探究实验，但该实验装置和器材存在一些无法克服的缺点，通过课堂体验，对相关实验装置和器材进行了大胆改进，并取得了很好的课堂效果。

关键词：新课程；探究；实验；改进；比热容

“比热容”的知识是该章的重点内容，又因为“比热容”的概念比较抽象，而且它又与质量、温度的变化量、吸收或放出的热量等三个物理量有关，学生理解起来有困难，故又是整个教材的难点。从以往的教学实践中，不难体会到这一教学内容在组织教学过程中的难度。

教材中为了引出“比热容”这一概念，首先让学生根据生活经验讨论教材上“想想议议”的问题，由此得出水吸收的热量与水的质量、水温升高的多少的关系，进而得出：“同种物质质量越大，温度升高的度數越多，吸收的热量越多”的结论。然后在此基础上提出：“不同物质在质量相同、升高相同温度时吸收的质量是否相等？”由此引出“比较不同物质的吸热能力”的探究实验，教材中给出了图1和图2所示的装置。

根据该实验装置来进行学生探究实验，实验成功率很低，究其原因，主要是该实验装置和所选器材存在如下两个很难克服的缺点：

1.很难保证干沙子与水在相同时间内吸收相等的热量。在原实验装置中，由于所用器材中用到两个酒精灯，尽管所用的酒精灯可以做到基本上相同，但要使水和干沙子在相同时间内吸收相同的热量必须做到：火焰的大小和高度基本一致，且室内不能有风，这对于学生来说要做到这一点有一定的难度，况且，即便以上要求都能达到，但由于水具有流动性，能够进行对流传热，而干沙子只能通过传导传热，况且干沙子的导热能力又不是很强，所以，相对而言，水要比干沙子吸热快，在相同时间内水吸收的热量要比干沙子多。这样实验的现象与结论将出现极大的不同，这将直接影响到课堂教学效果，从而不能达到预期的教学目标。

2.温度计的示数不能准确地反映出沙子的温度。本实验的预计实验现象将是：在水中的温度计上升的示数将比沙石中的温度计上升的示数慢，但在使用原实验装置时，两支温度计上升的示数快慢会与它们的液泡所处的位置有很大的关系：如果温度计液泡分别放在沙子和水的中部或中上部测量，由于水的对流传热要比沙子的传导传热快，在相同的时间内我们将看到的实验现象会是：水中温度计的示数上升得比干沙子的快！这与我们想要得到的实验结果是恰恰相反的，如果让温度计液泡靠近容器底部甚至接触底部，虽然可以看到我们所期望的实验结果，但这将违背实验室温度计的使用规则，因为温度计的使用规则中明确规定：温度计的液体泡是不能靠近或接触容器底部的，因为那样容易损坏温度计的液泡（主要是指沙石中的那一支温度计）。

基于以上原因，笔者对实验装置和选材分别做了如下两套方案的改进设计：

实验改进方案一：（参见图3的实验装置）

本实验改进方案提供给每一小组学生的实验器材有：一副铁架台（附带铁夹和金属杆），两支相同规格的大试管，两支相同刻度的温度计（尾部系有细线），一个大烧杯，两只相同规格的小烧杯，一支滴管，煤油和冷水，一壶热水（温度为80℃～90℃），一架天平。

该实验装置的优点主要有：

1.由于该实验装置由原来的两个铁架台变成一个，而且用同一杯热水来代替两个酒精灯进行同时加热使得整个装置显得更为简捷和紧凑，可操作性强。为实验的准确性和成功率提供了可靠的保证。

2.用煤油取代干沙子来跟等质量的水进行对比实验，由于水和煤油都具有流动性，都能进行对流传热，还用同一杯热水代替两个酒精灯来进行同时加热，只要做到两支大试管的底部水平，这样就很容易做到水和煤油在相同时间内吸收的热量基本相同，这样也达到了实验条件的基本要求。

3.两支温度计并排在一起，更便于读数或比较它们示数上升的快慢，可缩短实验所需要的时间，提高了实验的效率。

该套实验装置在操作过程中的注意事项：

1.两支大试管的底部要保持在同一水平面上，以保证两试管的受热面积相同，从而使两种液体在相同时间内吸收的热量基本上相同。

2.两支温度计的液泡应分别处在煤油和冷水的中间或中间偏上高度，且不宜与试管壁接触。

3.倒入大烧杯中的热水水面高度，以不超过冷水水面高度的三分之一为宜，绝不可超过冷水液面的高度，这一点在组装实验装置时，可以通过控制两支大试管的底部在大烧杯中的深度来达到要求。

实验改进方案二：（参见图4实验装置）