论比热容实验的改进
2016-12-27宋丰艮
宋丰艮
摘要：《探究不同物质的吸热能力》在初中阶段是非常重要的一个实验，为了实现其易操作性、安全性等，做了一下改进：用盛满热水的保温杯作为热源，在两支相同的试管中加入同质量的酒精和水作为研究对象，并在试管中固定好温度计，与保温杯组装起来，就组成了改良后的实验装置。经使用，发现能够比较清晰，方便地将实验结果展示出来。
关键词：保温杯试管温度计泡沫塑料
《探究不同物质的吸热能力》是比热容部分最重要的实验之一，在以往的教学过程中，大部分教师的处理方式是视频教学、仿真实验室、flash动画等。不仅仅因为该实验的教具相对来说比较复杂，而且在实验的实际操作过程中有一定的危险性，所以在很长的时间内，我们寻求的是实验装置的改进，能更清晰、安全的展示出实验现象。
一、课本教材实验展示
以水和食用油为研究对象，参考右图的实验装置，用天平称取相同质量的水和食用油，分别装入两个相同的烧杯内。用电加热器给它们加热，用温度计测量液体吸收热量后升高的温度值，并用钟表记录加热时间。在质量一定时，比较两种物质的吸热能力。如果加热时间相同，即液体吸收热量相同的情况下，温度变化小的吸热能力强；如果温度变化相同，则加热时间长的吸收热量多，吸热能力强。（如图1所示）
1.优点
（1）电加热器更加稳定，不容易受到外界因素的干扰，如果选用酒精灯，那么热源容易产生差别。
（2）水和煤油的吸热能力相差较大，能够清晰从温度计或者加热时间上比较出两者之间差别。
2.劣势
从加热装置上来说，此实验可以作为演示实验，在大部分的城镇学校无法达到使用电加热器的标准，更不用说将这个实验作为学生分组实验，自己去探究实验，总结规律。此项实验操作，涉及到了热学和电学过程，从操作上和安全上来说，并不适合初中学生来完成此项实验。
二、改进措施
1.装置改进
在本实验中，要求研究的热源具有一定的稳定性，所以在改进时热源的改进需要进一步斟酌。
（1）在热源的改进过程中，首先我选择的是将电加热器换成酒精灯，要求尽量完全相同的两个酒精灯。
酒精灯的操作更加的方便，安全性上来说，也避免了电的介入。但酒精灯的加热，我们不能保证热源的稳定性。
（2）鉴于热源的稳定性的处理，我将酒精灯减少为一个（如右图2所示），共同给两个烧杯内的液体进行加热。
优点：对于两个烧杯内的液体而言，热源具有稳定性，实验现象比较清晰。
劣势：实验时间长，液体的量相对于热源来说，偏重。
（3）处理上述问题，我采用的方法是将盛液装置有烧杯换成试管，并将试管放入正在加热的水中，观察现象（如右图3所示）。
优点：能够保证热源的稳定性，并能快速的观察到实验现象。
劣势：本装置固定温度计使用的是铁架台，移动明显不方便，而且有一定的安全隐患。此外酒精灯的使用，我们也可以做替代处理。
（4）介于上述的要求，我们使用泡沫塑料，借鉴了螺丝垫的原理以及两点确定一条直线的理论，使用两个泡沫所料垫将温度计固定在了试管中（如图4所示）。同时用将起加热作用的酒精灯去掉，来观察现象（如图5所示）。
由于外界气温较低，使用图5的装置，我发现用于加热的热水温度降低速度较快，导致现象不明显。所以，我将图5烧杯换成保温杯，发现效果很好。这个装置，便于携带，而且利用的是大家熟悉的加热工具，体现了物理与社会生活的练习。
2.材料的改进
教材中进行的实验，是利用的水和煤油，但在上述的装置中加热时。但吸收相同的热量时，两种液体温度变化不明显。在改进中，我将煤油替换成了豆油，色拉油等等，发现效果不明显，所以我要选择比热容差距较大的两种物质，重做实验。
（1）鉴于固体与液体比热容的差距较大，我选择的材料为细沙和水，重新做上述的实验。通过数据我们看到，细沙升温速度比水的升温速度慢，与正确的实验结论相违背。经教研组研究，我们认为影响实验效果的因素有这样几个：首先，沙子的热传导效果比较差，所以，沙子中温度计的变化一开始比较缓慢。其次，在加热过程中，我们无法对沙子进行加热，所以在不同区域受热不均匀。
（2）鉴于上述的问题，我发现固体并不适合实验，所以重新从液体中选择加热材料，一个偶然的想法，我决定使用酒精和水，进行实验。
从上述实验数据，我们可以看到：质量相同的水和酒精，吸收相同的热量（加热时间相同），升温慢的，吸热能力强。同样的，我们也可以发现升高相同的温度，水吸收的热量多。
三、结论
通过上述实验的实验数据，我们总结出：不同物质的吸热能力不同，我们用比热容来代表物质这种能力。
这种能力体现两个方面：①质量相同的不同物质，升高（或降低）相同的温度，比热容大的物质吸收（或放出）的热量多。②质量相同的不同物质，吸收（或放出）相同的热量，比热容大的物质升温（或降温）慢。
四、实验说明
该实验用到器材是保温杯和试管，所以热源的供应是有一定时间限制的，此外两种液体放在了试管中，质量较小，所以温度变化很快，用时较短，所以需要及时观察记录。
