“测定某种食物中的能量”实验的多种方法的比较

摘 要：“测定某种食物中的能量”是北师大版生物七年级下册的一个探究性实验。对“测定某种食物中的能量”装置的多种设计和改进，特别是从保温、安全操作方面进行设计。绝对保温是不可能做到的，但教师要引导学生用相对简单、易操作的材料开展实验，以达到最佳效果。

关键词：探究实验；测定；食物能量；装置改进

“测定某种食物中的能量”这一探究性实验能多方面锻炼学生的实验技能，如天平、量筒、温度计、酒精灯等实验器具的正确使用和数值读取，同时能加深学生对科学探究一般过程的认识，进一步提高学生主动探究的能力，有利于激发学生的学习兴趣和创新意识。以下是笔者对该实验的介绍。

一、实验材料

（1）饱满而干燥的花生种子：有很多教材中都是同时选取花生和核桃，可是其含有能量差异不大，稍不小心就可能使实验结果相反，所以笔者直接选择花生一种材料，这样不仅可以给予学生充分讨论和实验的时间，而且花生的成本低。不过花生皮不易燃烧，所以实验中把花生皮剥掉，让花生快速燃烧，以免损耗更多的热量。改进装置前一般取1粒种子，充分燃烧一般水温会在80～90 ℃左右。在改进装置后燃烧一粒种子，水很快沸腾，而且温度继续上升，这时已经不能使用常规温度计测量了，所以改进装置后只需花生种子的一片子叶即可。本实验中用的是放置一年左右的花生米（水分较少，所以测得的值相对高）。

（2）使用解剖针扎入花生用打火机引燃，再去加热试管中的水。在燃烧过程中，花生常常有脱落现象，会影响测量结果，原因主要是解剖针没有垂直扎入2片子叶中，所以需要用解剖针垂直扎入子叶。

二、实验装置的总体设计

（1）装置的选择：纸质材料容易被点燃，如做了一次实验的纸质装置，实验过程中火势太大，差点烧着，于是终止实验；而玻璃材料不易剪裁，所以笔者选择易拉罐。并且是容易剪割、不易伤手的同类材质。

（2）实验中花生的燃烧物容易掉落桌面，同时也会损坏实验台。可将易拉罐从中部剪开，取下部作底。

（3）锥形瓶不能直接加热，在实验过程中易被烧炸，所以替换成试管。10 ml水量过少，一般一粒种子燃烧一分钟就能将水煮沸。但容积过高，温度变化不明显，相应选择的试管口径比较大，到时瓶口要多一步裁剪，因此量取15 ml的水。

（4）温度计不能直接接触试管底，用橡胶塞打孔后将温度计固定在水层中部，还可以减少热量散失。

（5）花生种子在燃烧时，有不同方向的火苗射出，也会有小小的脂肪颗粒燃烧着向周围喷射，仿佛火焰一般，此火苗释放的热量很难被测量记录。同时，如果使用解剖针转动花生开始燃烧，燃烧速度很快，其热量散失得也较多；若集中外焰点燃花生的一端，使其燃烧的较小火焰加热试管底部，待燃烧一半左右时，再转动解剖针，让另一端花生开始慢慢燃烧，这样花生燃烧时间较长，水的温度变化更大。

三、几种不同装置的比较

（1）直接用试管加热，用铁架台固定试管，用橡胶塞打孔后将温度计固定在水层中部。用解剖针垂直扎入2片子叶中，点燃后直接加热试管。重复至少三次测量，取平均值为6900 J。整粒种子燃烧时，散发到周围的热量较多，直接加热试管的热量相对就少了。所以此装置误差比较大。

（2）选用易拉罐，其拉环使用后的空洞恰好能将普通试管放入。空罐倒置后，将其底部突出部分全部剪去，周围尽量不留明显突起，然后在罐体三分之一处剪出一个三角形空缺，当做炉门使用；试管用试管夹夹住。重复至少三次测量，取平均值为8400 J。在罐内燃烧时，由于易拉罐的局部空间限制，热量散失相对较少，测量值较高些。

（3）用多层锡纸包裹在易拉罐内层，底部也剪个三角形，而想到用锡纸材料，一方面隔热效果好，减少热量散失，另一方面，近来流行锡纸花甲，所以材料也很好找，不过我使用的是厚度更高的锡纸（外卖煲仔饭）。重复至少三次，实验平均值为8950 J。

（4）用两个易拉罐做成简易装置。一个直径较小的易拉罐（六个核桃之类）罐口的部位彻底去掉，然后倒过来，罐底在上方，用剪刀在罐体三分之一处剪出一个三角形空缺。另一个易拉罐处理方法同上，然后将两个易拉罐套在一起，中间填充泡沫，连接处用胶带在外面固定好。虽然想过用泡沫剂，不过学生不易找材料就放弃了。毕竟本实验是学生的一个探究实验，学生是主体。重复至少三次测量。取平均值為10500 J。

通过测量食物燃烧放出热能的多少来测定食物中的能量是一种粗略的方法，存在较大的实验误差，因此对引起实验误差原因的分析应该是本实验的一个重要内容。如一部分热能转化为光能、热传递引起的能量散失、燃烧不充分、实验装置的设计、加热不均匀、读数不准确（天平精确度不高）等。实际上花生的能量值是12.47 kJ/g。笔者通过多次实验，发现最后一种实验装置能量相对耗损最少，误差最小。在现有的中学实验室条件下，此方法可谓简单易行，同样可以观察到明显的现象。

参考文献：

刘晨雷.生物教育中学生创造性思维的培养策略[J].北京农业，2012（6）.

作者简介：刘敏（1985.12—）女，汉族，安徽省宣城市，本科，中学二级教师，研究方向：生物科学。