浅谈比热容实验的改进

蒋云龙

物理学是一门实证性学科，有的理论是从实验中得来的，有的理论则是先提出假设，然后再实验验证。可见，实验是物理学的主要研究手段，是物理学发展的推动力。在中学教学中，必须重视物理实验，才能培养学生实事求是的科学态度。

苏科版物理课本中有一节专门探究物质的比热容，比热容是初中重点学习的四大物理属性之一，学生在生活中接触不到这个概念，没有感性认知，理解起来非常困难。因此，课本中设计了一个“探究不同物质吸热升温快慢”的活动，做法如下：在两个相同的容器中盛入等质量的沙子和水，用相同型号的酒精灯加热（如图1），每隔1分钟记录下沙子和水的温度，根据沙子和水升温的快慢说明不同物质吸热本领是不同的。经过笔者反复推敲，这个实验设计有不足之处。

一、探究教材实验，发现不足之处

1.酒精灯的灯芯不可能完全相同，点燃后的火焰大小不会完全相同，而且也不能保证火焰释放的热量完全被沙子和水吸收。因此，用加热时间反映沙子和水吸热多少是不科学的。

2.酒精灯对容器的底部加热，使沙子底部的温度明显高于上部的温度，用温度计测出的温度值是不准确的。

3.这个实验不能定量显示沙子和水吸收的热量值，不能定量计算出水和沙子的比热容，只能定性比较沙子和水的比热容哪个大。

二、改进教材实验，弥补不足之处

为了解决教材中实验的不足之处，经过多次改进和反复试验，终于找到了合适的实验器材和实验方案。

1.为了克服固体沙子受热不均匀的特点，改进后的实验选用1.6kg的水和1.6kg的酒精（含水量80%90%）（如图2），由于液体具有流动性，热量在对流的过程中会较快的散开，液体的每个部分受热基本是均匀的，测得的温度较为准确。

2.实验采用探针式电子温度计（如图3），灵敏度高，反应时间短，可以实时显示液体的温度（水的初温14.9℃，酒精的初温15.3℃），保证记录温度值的准确性。

3.实验中用两根功率相同的电热管加热棒代替酒精灯，由于加热棒的功率是相同的，可以保证在相同的时间内放出相等的热量。其次，加热棒是放在液体的内部加热，大大减少热量损失，还能有效解决受热不均匀的问题。再次，加热棒的功率很大，加热时间较短，热量散失很少，可以近似认为加热棒放出的热量等于液体吸收的热量。

4.为了定量计算液体的比热容，需要知道液体吸收的热量，在实验中增加电量计量插座。电量计量插座可以实时显示用电量（0.06kw·h）（如图4），用电量就等于加热棒放出的热量，近似认为就是液体吸收的热量。

5.根据图3和图4可知，水的初温是14.9℃，末温是46.8℃；酒精的初温是15.3℃，末温是58.1℃。由于酒精升高的温度大，酒精的比热容小于水的比热容。

6.根据图3和图4的数据可以验证比热容的公式，以水为例，吸收的热量0.06kwh=2.16×105J，c=Q／［m·（t-t0）］=2.16×105／［1.6×（46.8-14.9）］=4.23×103J／（kg·℃），与教材中提供的额数据是吻合的。

至此，该实验设计解决了教材中实验的不足，现象明显，数据真实有效，学生更加容易理解比热容的概念和计算公式。

结语：加强演示实验教学符合物理的学科特点和学生的认知规律，有利于学生构建完整的概念体系，有利于激发学生的能动性，，有利于培养学生探究精神。