比較不同物質(zhì)的吸熱能力實(shí)驗(yàn)的探究與改進(jìn)

1、比較不同物質(zhì)的吸熱能力實(shí)驗(yàn)的探究與改進(jìn)“比熱容”是初中熱學(xué)中最重要的概念，也是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如何做好 “比較不同物質(zhì)的吸熱能力”這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)規(guī)律， 形成概念是提高教學(xué)效果的關(guān)鍵。比熱容這節(jié)內(nèi)容的探究實(shí)驗(yàn) “比較不同物質(zhì)的吸熱能力”，一直讓我們 一線(xiàn)工作的物理教師覺(jué)得為難，一難是實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜；二難是實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，且難 于控制；三難是讀數(shù)困難，實(shí)驗(yàn)誤差大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果牽強(qiáng)附會(huì)。隨著物理新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，作者將這個(gè)實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)化 了實(shí)驗(yàn)裝置，降低了操作難度，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，也使得讀數(shù)更加方便，實(shí)驗(yàn)結(jié) 果更加可靠。更加有助于通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

2、、原來(lái)實(shí)驗(yàn)的原理及其實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題原版教材實(shí)驗(yàn)方法是采用兩個(gè)酒精燈分別對(duì)同質(zhì)量的水和植物油加熱相同 的時(shí)間，使這兩種物質(zhì)吸收的熱量相等，根據(jù)水和植物油升高的溫度來(lái)說(shuō)明不同 物質(zhì)的吸熱能力是不同的。這就實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了四個(gè)難于回避的問(wèn)題:一是實(shí)驗(yàn)器材多，裝置復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)難度大。實(shí) 驗(yàn)裝置要求把鐵圈、石棉網(wǎng)、 復(fù)夾、溫度計(jì)裝在鐵架臺(tái)適當(dāng)?shù)奈恢茫⒎謩e用兩個(gè)同樣的酒精燈的外焰給石棉 網(wǎng)上的燒杯里同質(zhì)量的水和植物油加熱，老師完成這個(gè)裝配都需要五分鐘左右的時(shí)間，所以這個(gè)重要的研究實(shí)驗(yàn)通常都作為演示實(shí)驗(yàn)來(lái)開(kāi)設(shè)。 任課教師一般都 只能提前進(jìn)入教室把實(shí)驗(yàn)裝置裝配好，還得小心守著別讓好動(dòng) 的學(xué)生在碰翻了。二是實(shí)驗(yàn)

3、時(shí)間比較長(zhǎng)，且難于控制。酒精燈的熱功率比較小且不穩(wěn)定， 加熱 時(shí)間不容易控制，這就造成了這節(jié)課的課堂教學(xué)時(shí)間的不確定，使任課老師不能 很到地把握課堂的節(jié)奏。三是讀數(shù)困難。大家知道實(shí)驗(yàn)室用的普通溫度計(jì)是利用玻璃泡內(nèi)的液體熱脹 冷縮的原理來(lái)工作的，從被測(cè)物體的溫度變化到玻璃泡內(nèi)液體的體積變化需要一 定的時(shí)間，所以在介紹溫度計(jì)的使用方法時(shí)，要求待溫度計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定后在讀數(shù) 記錄。在進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)論是在 加熱的過(guò)程中讀數(shù)還是把酒精燈移開(kāi)后讀 數(shù)，測(cè)量對(duì)象的溫度都是動(dòng)態(tài)值，前一種方法是吸熱溫度升高，后一種是溫度降 低。讀數(shù)時(shí)難于做到時(shí)間的一致，也影響了數(shù)據(jù)的可靠性。也因?yàn)樽x數(shù)困難這個(gè)原因，原來(lái)的實(shí)驗(yàn)設(shè)

4、計(jì)只讀取一組數(shù)據(jù)， 這種采集數(shù)據(jù)的方法，對(duì)探究物理規(guī) 律的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有做到避免實(shí)驗(yàn)的偶然性。四是實(shí)驗(yàn)可信度不高，科學(xué)性不強(qiáng)。除了讀數(shù)的原因，主要問(wèn)題是讓兩個(gè) 酒精燈在相同的時(shí)間內(nèi)放出的熱量相等操作難度大， 植物油和水在加熱的過(guò)程中 向周?chē)?間散發(fā)的熱量也不同，所以，該實(shí)驗(yàn)的條件一一同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸 收相同的熱量就無(wú)法得到保證，造成了實(shí)驗(yàn)的可信度、實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性打了折扣。在 以往的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生曾經(jīng)提出：在相同的時(shí)間內(nèi)這兩個(gè)酒精燈放出 的熱量真的是一樣的嗎？看了比熱容的表， 學(xué)生又會(huì)問(wèn)：煤油的比熱容是水的一 半，吸收相同 的熱量煤油升高的溫度為什么不是水的兩倍呢？對(duì)于這些問(wèn)題， 我們只能用

5、實(shí)驗(yàn)誤差、誤差在允許的范圍內(nèi)等答案來(lái)回答學(xué)生。 可能也是這 個(gè)原因，現(xiàn)行教材把 比熱容正好是水的一半的煤油換成了沒(méi)在比熱容表上的植 物油。原版教材比熱容的概念是安排電學(xué)前進(jìn)行的，從學(xué)生的認(rèn)知程度來(lái)考慮， 在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)就只能用酒精燈作為熱源加熱。、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的客觀(guān)條件及解決問(wèn)題的具體方法原來(lái)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題中，最主要的實(shí)驗(yàn)可信度不高、科學(xué)性不強(qiáng)。造成這個(gè)結(jié) 果的原因有兩個(gè)，一是兩個(gè)酒精燈熱功率不相同，二是研究對(duì)象與周?chē)臻g的熱 交換。新 課程標(biāo)準(zhǔn)把比熱容的概念安排到了九年級(jí)的物理教材，為作者用電熱 作為熱源解決這個(gè)問(wèn)題提供了創(chuàng)造了客觀(guān)條件。學(xué)生在八年級(jí)下期學(xué)習(xí)了電與 熱，知道了焦耳定 律一一電流通過(guò)導(dǎo)體

6、產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電導(dǎo)體成正比，在這個(gè)認(rèn)知基礎(chǔ)上學(xué)生能夠理解到兩個(gè) 阻值相同的電阻絲串聯(lián)在 電路中，在任何時(shí)間內(nèi)這兩個(gè)電阻產(chǎn)出的熱量都相等。作者用兩根串聯(lián)起來(lái)的阻值相等的電熱絲代替火焰強(qiáng)度相同的酒精燈作熱 源，解決熱源熱功率的問(wèn)題。因?yàn)榇?lián)電路中電流強(qiáng)度相等，兩個(gè)電阻絲的阻值 相等，根據(jù)焦耳定律Q=l2Rt，這兩個(gè)串聯(lián)的電阻絲在任何時(shí)間產(chǎn)生的熱量一定相仿照量熱器的原理，作者在大燒杯的底部放隔熱的膠木墊，裝有煤油或水 的小燒杯放在膠木墊上，用插著溫度計(jì)、連接有電阻絲的膠木蓋，蓋住大燒杯口 因?yàn)榭諝馐?熱的不良導(dǎo)體，裝著水和煤油的小燒杯與大燒杯之間隔著相對(duì)封閉

7、 的空氣，封閉的空氣不能對(duì)流，所以就能比較有效地避免電熱絲產(chǎn)生的熱量向大 燒杯周?chē)臻g傳 遞。解決了熱源和散熱兩個(gè)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)中遇到的其他問(wèn)題也都 迎刃而解了。、改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)及其意義首先是增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可信度和科學(xué)性。解決的發(fā)熱和散熱問(wèn)題，相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的 條件才得以保證；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以很方便地通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制加熱時(shí)間， 可以在停 止加熱后，注意觀(guān)察溫度計(jì)示數(shù)的變化，等待示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)并記錄， 使實(shí)驗(yàn) 操作更加規(guī)范；還可以多測(cè)幾組數(shù)據(jù)找規(guī)律，避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性。多次試驗(yàn) 結(jié)果表明， 煤油上升的溫度正好是水上升溫度的兩倍。 通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)更有助于 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真

8、的科學(xué)態(tài)度。其次是減少了實(shí)驗(yàn)器材， 簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置， 降低了操作難度。 完成原來(lái)的實(shí) 驗(yàn)加熱過(guò)程需要的器材有：鐵架臺(tái) 2 個(gè)，酒精燈 2 個(gè)、鐵圈 2 個(gè)、石棉網(wǎng) 2個(gè)、 燒杯 2個(gè)，厚紙片 2張（蓋在燒杯口避免散發(fā)散熱） ，溫度計(jì) 2支、復(fù)夾 2個(gè)（掛 溫度計(jì)）、火柴 1 盒?，F(xiàn)在只要安裝有電阻絲插有溫度計(jì)的膠木蓋 2 個(gè)、大燒杯 2個(gè)、小燒杯 2 個(gè)，穩(wěn)壓電源一個(gè)就可以了， 并且避免了把鐵圈、 石棉網(wǎng)、復(fù)夾、 溫度計(jì)裝在鐵架臺(tái)適當(dāng)?shù)奈恢茫?這個(gè)繁瑣的過(guò)程。 為把這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成學(xué)生 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了條件，能讓學(xué)生更多地享受探究的過(guò)程和成功帶來(lái)的樂(lè)趣。再者因?yàn)殡姛峤z發(fā)熱功率穩(wěn)定， 任課老師可以更好地控制上課的節(jié)奏。 在介 紹實(shí)驗(yàn)原理的時(shí)候也可以幫助同學(xué)們回顧以前所學(xué)的知識(shí)， 這對(duì)鞏固學(xué)生的知識(shí) 結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維也是很有幫助的。四、改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置尚存的不足首先，外面燒杯的燒杯口影響了兩燒杯間空氣密封程度。 作者做了多方努力， 沒(méi)找到適當(dāng)?shù)拇萌菝螅?曾經(jīng)考慮過(guò)用量熱器做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。 但量熱器不是透明的， 直觀(guān)性有所降低，也不能確定溫度計(jì)的使用是否符合要求。其次燒杯是透明的，會(huì)有輻射熱損失。