“比较不同物质吸热的情况”实验的改进与创新

程文洁

【摘要】“比较不同物质吸热的情况”实验是初中物理热学中的一个重要实验，教材中的实验器材和研究方法具有一定的局限性。本文通过对实验方案和器材进行改进，提高了加热效率，直观地展现了水和油吸收的热量和温度的关系图线，取得了较好的实验效果。

【关键词】吸热能力;初中物理;传感器;磁力加热搅拌器;实验改进

在探究“比较不同物质吸热的情况”实验中，若按照人教版教材上的实验装置只能进行演示实验，因为红外线加热器装置在初中物理实验室中一般没有配备，因而具有一定的局限性。鉴于九年级的学生已经通过之前的“探究同种物质的质量和体积的关系”实验得出实践经验，笔者对“比较不同物质吸热的情况”实验的方案和器材进行了进一步优化，取得了较好的实验效果。本文通过对扩展性实验的记录和分析，呈现了数字化的现代实验手段，以期对中学实验课程有所裨益。

一、教材实验回顾

人教版初中物理九年级物理第十三章第三节“比热容”介绍了“比较不同物质吸热的情况”实验，实验过程如下。

（1）称取等质量的水和食用油装入烧杯内，组装实验器材。

（2）记录液体的初温，用电加热器（热得快）加热液体。

（3）通电一段时间后，停止加热，记录液体温度。

二、教材实验不足分析

1.实验器材的局限性

（1）教材中选用的加热仪器为电加热器。首先，电加热器要全部浸入液体中，不能碰到容器底部或容器壁，这在实验过程中较难实现。其次，“热得快”功率一般在1000～1500W左右，功率较大，在实际操作中发现，当有四个电加热器同时工作时，实验台的开关会因为过载而断开，故按照教材中的实验方案，只能进行演示实验。

（2）教材中选用敞口烧杯作为加热容器。由于电加热器需要全部浸入液体中，实验中需要较多的液体而杯敞口，散失的热量较多，这就导致加热时间过长。同时，在加热过程中高温液体易溅出，导致实验存在较大安全隐患。

（3）教材实验缺少搅拌装置。实验中如果采用玻璃棒搅拌液体，由于电加热器和温度计的存在，很难均匀搅拌，这就导致整杯液体的温度不均匀，在测量过程中可能存在较大误差。

（4）教材实验不方便读取温度。实验中的温度计没有固定，再加上加热后水蒸气容易在温度计表面液化成小水珠，在实验过程中读取温度存在一定困难。

综上分析，教材中的实验器材在演示实验上具有一定局限性，并不适合初中生进行分组实验。

2.学生认知的局限性

密度、比热容是初中物理中的两个重要概念，它们都是物质本身的特性，都采用比值定义法进行定义，但教材中几乎没体现出两个概念的建立过程及其相应的联系。在八年级物理课程中密度概念的建立利用了图像法，让学生通过动手实验描点、连线得到“同种物质质量和体积的比值为定值，不同物质比值不同”这一实验结论，进而建立密度的概念。而比热容概念的建立只是简单比较了加热相同时间之后水和油升温程度的不同，就得出“不同物质，在质量相等、升高的温度相同时，吸收的热量不同”这一实验结论，没有通过图像直观展现，导致学生在理解上出现困难，不利于比热容概念在学生头脑中的建立。

（三）实验改进要点

1.实验方法改进

为了提高学生的動手实验能力、激发学生学习物理的兴趣，本实验采用了演示实验与分组实验相结合的方式。演示实验使用温度传感器自动收集数据，运用相应的计算机软件在计算机上自动绘制出温度随时间变化的图像。分组实验采用温度计收集数据、学生列表、描点来分析数据。这样既考虑了中学生计算机操作水平有限的问题，也可以与八年级物理知识点“密度”概念的建立联系。

2.实验器材的改进

（1）加热方式：采用磁力加热搅拌器进行加热。磁力加热搅拌器功率小、加热面大且均匀，加热档位可调，方便大规模多台同时使用。

（2）加热容器：选用带塞的锥形瓶。锥形瓶的底面积大、容积小，大大缩短了加热时间，相比较于带孔橡皮塞，虽然便于固定温度计和传感器探头，但也减少了热量的散失。

（3）数据收集、分析方式：选用演示实验和学生分组实验两种方式。演示实验中采用温度传感器收集海量数据，利用计算机软件自动分析绘制温度图线。学生分组实验中学生通过温度计收集数据，列表记录、分析数据。

（4）增加搅拌装置：锥形瓶中放入磁力搅拌子，磁力搅拌子在磁力作用下旋转使得整瓶液体温度均匀，而且搅拌的速度可调，从而减小了实验误差。

（5）增加两处玻璃管：橡皮塞上方的玻璃管能够平衡瓶内外气压，防止塞子弹出引发的安全隐患。橡皮塞下方的玻璃管起到固定传感器探头方向的作用。

四、实验效果评价

教师将教材中的演示实验改为分组实验，并根据学生学习的能力不同分配不同难度的任务：1号学生负责计时和分析实验数据，2号学生负责读取并记录油的温度，3号学生负责读取、记录水的温度。学生通过列表，分析分组实验中温度计收集到的温度数据，得出“物体吸收热量的多少与物质种类有关”这一初步结论。然后分析演示实验得到的图线，类比m-v图像得出“同种物质的吸热能力相同，不同物质吸热能力一般不同”。最终得出结论：物体吸收的热量（Q吸）的多少与物体的质量（m）、升高的温度（△t）、物质的种类（K）有关，即Q吸=m△tk，物理上我们把这一与物质种类有关的量k定义为比热容，用C表示，于是得到比热容的定义式C=Q/m△t。这样，通过直观的展示，比热容的概念更容易被学生理解掌握。

五、拓展实验

1.演示“探究水沸腾时温度变化的特点”实验

教师在课堂上演示“探究水沸腾时温度变化的特点”实验时，经常遇到的问题是等待酒精灯将水加热至沸腾的时间过长，而且只有参与实验的人才能观察到温度计的示数。本实验装置中温度传感器每5秒收集一次温度，温度图线很直观地显示在计算机屏幕上，而且利用磁力加热搅拌器从20摄氏度室温加热至沸腾只需要2分钟，这就大大缩短加热的时间，提高了课堂效率。利用同样的原理，将水换成冰、蜂蜡还可以探究“固体融化时温度的变化规律”。

2.演示“流体压强和流速关系”实验

水旋涡现象涉及八年级物理流体压强知识，利用本实验中的磁力搅拌子可以轻松进行演示，搅拌子可以在磁力作用下旋转，带动锥形瓶底部的水转动，形成旋涡。这样直观且方便的实验方法，将极大地提高课堂效率，同时满足学生的好奇心，激发学生的学习兴趣。

实验教学在构建“真体验、有感悟、善应用”的物理课程中起着巨大的作用，而对实验进行挖掘与改进对突出重点、突破难点很有帮助。本节实验将温度传感器、磁力加热搅拌器等现代化实验器具运用于实验，不仅体现了新技术、新方法、新材料在实验中的应用，还为以分组实验为核心，改进演示实验的教学改革做出有效示范，让学生通过对比课堂探究实验与数字化的现代实验手段的不同而感知经典、感受现代、感悟创新。

【参考文献】

梁智毅.比较不同物质的吸热能力实验的探究与改进[J].教学仪器与实验，2008（12）：8.