測定食物中的能量實驗的改進

作者：王艷霞

實驗教學與儀器 2015年05期

在人教版七年級生物教材下冊第21頁有一個“測定某種食物中的能量”的探究實驗，該實驗主要探究食物中含有多少能量。

在教學實踐中，筆者發現該實驗存在以下幾個問題：一是30 mL水在錐形瓶中的水位很低，溫度計的玻璃泡不能完全浸沒于水中，測量的數據不精確；二是30 mL水吸熱能力差；三是錐形瓶下墊有石棉網，石棉網會阻止熱量的傳遞；四是教材中提供的實驗裝置沒有隔熱裝置，熱量損失太多。

針對以上問題，筆者通過反復探究實驗，對測定食物中的能量實驗進行了如下改進。

一、實驗器材

18號細鐵絲、鉗子、石棉網、紙杯、剪刀、單孔橡膠塞、溫度計、錐形瓶、100mL量筒、火柴、酒精燈、解剖針、天平、花生種子。

二、實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。

三、實驗改進說明

1.制作簡易三腳架。將3根長20 cm的18號細鐵絲分成7:6:7三部分，用鉗子彎成形，兩兩組合，將豎直部分用鉗子擰成麻花狀，做三腳架的3個足，再把頂部整理成圓形即可。三腳架在實驗中作為錐形瓶的固定裝置，這樣就不用試管夾來固定錐形瓶了。

2.制作燃燒支架。用3根極細的鐵絲擰成如圖2所示的形狀，放在三腳架上，作為放置解剖針的支架。

3.制作隔熱裝置。把紙杯的底部用解剖針扎上密集的小孔，按照錐形瓶的口徑大小在紙杯底部剪一個圓孔，再在紙杯口部剪一個梯形的孔，這些孔就是燃燒時的通風孔。

4.水的體積由30 mL改為100 mL。

四、實驗步驟

1.組裝儀器。

2.將溫度計插入單孔橡膠塞中，用量筒量取100mL水，倒入錐形瓶中，塞緊橡膠塞，調整溫度計，讓它的玻璃泡位于水中。

3.將錐形瓶直接放在三腳架上，將紙杯罩在錐形瓶外。

4.用托盤天平稱量一粒種子的質量，記錄下來。

5.記錄水的初始溫度。

6.用酒精燈加熱點燃種子，并迅速放在錐形瓶下方。

7.待種子燃盡，記錄水的最高溫度。

8.將各個實驗數據記錄在表1中。

說明：為保證實驗結果的科學性，實驗至少重復3次，計算3次結果的平均值。

五、實驗改進優點

1.三腳架的優點。

（1）制作簡單，學生人人可參與，增加了實驗的趣味性、實踐性。經過多次試驗，筆者發現18號鐵絲軟硬適中，用鉗子很容易剪切、加工，制作過程充滿了樂趣，學生參與積極。

（2）當它承重達到1000 g時仍然很穩定，三腳架并沒有搖晃和變形。經測量100 mL的錐形瓶質量平均在50 g左右，加上100 mL水（100 g）后，總質量在150 g左右，遠遠低于三腳架的承受能力。這種三腳架體型小巧，紙杯可以很容易罩在外面。制作成功后可以反復使用。

2.燃燒支架的優點。

（1）保證種子完全燃燒。在燃燒種子時，如果想讓種子的能量完全釋放出來，就要讓種子完全燃燒。能量釋放的越完全，實驗結果就越接近科學數據。把燃燒的種子放在燃燒支架上，周圍氣流穩定，種子能安靜地燃燒，種子的熱量釋放完全，實驗數據更可靠。

（2）保證火焰穩定。在給物質加熱時，應用外焰加熱。把燃燒的種子擱置在燃燒支架上，不僅保證了用外焰加熱，而且保證了火焰的穩定性，且解剖針不會出現晃動的情況，減少了熱量的損失，使實驗數據更準確。把燃燒的種子固定在支架上，火焰始終位于錐形瓶底的中央部位，不會偏離中心而引燃紙杯。

3.隔熱裝置的優點。

（1）材料易得。學生喝完飲料后的飲料杯、豆漿杯稍加清洗即可再次使用。此外，收集紙杯還能激發學生參與探究實驗的興趣。

（2）容易加工、處理。與易拉罐相比，紙杯用剪刀和解剖針處理起來更容易，實驗的安全性好。

（3）吸熱、散熱少。紙是熱的不良導體，紙杯吸熱和散熱能力差，用紙杯做隔熱裝置能減少熱量的損失。

4.水的體積由30 mL增加至100 mL。

（1）吸熱更多。一般的一顆花生仁重0.9～1g，經查閱課本可知，1 g花生種子蘊含的能量為12470 J，可以使30 mL水的溫度凈升高98.97℃。這些能量足可使30 mL水由常溫升高到100℃以上。在常溫常壓下溫度達到100℃水就會沸騰，水沸騰后雖然能繼續吸熱，但是溫度不會再升高，因此，溫度計就無法測出超出部分的溫度，也就無法計算出水沸騰以后所吸收的熱量，使測量數據誤差增大，測量數據失去科學性。而將水的體積由30mL改成100 mL，可以吸收更多的熱量，減少熱量損失，使實驗結果更加科學、準確。

（2）科學性增強。把水的體積由30 mL改成100 mL后，水位較高，溫度計的玻璃泡始終位于水中，不會與錐形瓶底接觸，讀數準確，保證了實驗數據的科學性。

5.除去石棉網。

在教材裝置中的錐形瓶下方墊有石棉網，用來保證錐形瓶均勻受熱，筆者經過實驗探究證實石棉網的阻熱能力很強，大約可以使熱量損失高達30%。因為一顆花生燃燒釋放的熱量只有10 kJ左右，這些熱量不會使錐形瓶炸裂，所以筆者在該實驗中去除了石棉網，以減少熱量的損失，減少實驗誤差，使實驗結果真實可信。

六、實驗反思

1.改進后的實驗裝置簡單，組裝容易，且裝置更加穩固。

2.實驗可操作性強，便于學生獨立完成實驗。

3.減少了能量損失，使實驗結果更準確、可靠。

4.利用該裝置得到的數據與教材提供的數據比較接近，但是仍有差距。針對學生的質疑，根據初一學生的認知特點，教師要讓學生了解，種子燃燒時產生的黑煙和在燃燒后殘留的灰燼中都蘊含能量，這是產生誤差的原因。怎樣促進食物完全燃燒，怎樣進一步減少實驗過程中能量的損失，是筆者下一步的研究方向。

作者介紹：王艷霞，山東省冠縣清泉街道辦事處中學（252500）。

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