鄭少林

物質(zhì)的比熱容是初中熱學(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。

一、原實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中遇到的問題和造成的原因

原版教材實(shí)驗(yàn)方法是采用同一盞酒精燈分別對(duì)同質(zhì)量的水和砂石加熱相同的時(shí)間，使這兩種物質(zhì)吸收的熱量相等，根據(jù)水和沙石升高的溫度來(lái)說(shuō)明不同物質(zhì)的吸熱能力是不同的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)遇到的問題和造成的原因：（1）水和沙子相比較，水的導(dǎo)熱性能好，加熱過(guò)程中水溫變化差異??；沙子的導(dǎo)熱性能弱，加熱過(guò)程中沙子受熱不均勻，邊加熱邊攪拌效果也不好，加熱過(guò)程中沙子溫度差異較大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，用沙子與水探究不同物質(zhì)比熱容不妥。（2）同一盞酒精燈在相同的時(shí)間內(nèi)放出的熱量相等操作難度大，相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸收相同的熱量就無(wú)法得到保證，造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異大，影響了實(shí)驗(yàn)的可信度和實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。許多物理教師都一直在努力改進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中采用電熱絲加熱水和煤油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯提高，但煤油在實(shí)驗(yàn)中易揮發(fā)，氣味難聞，易燃，具有很大的危險(xiǎn)性，實(shí)驗(yàn)也存在不足。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的客觀條件及解決問題的具體方法

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的客觀條件及解決問題的具體方法：（1）沙子的導(dǎo)熱性能弱，加熱過(guò)程中沙子受熱不均勻，應(yīng)該采用導(dǎo)熱性能良好的物質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)中本人采用直徑為1.5毫米的小鋁球，利用鋁的導(dǎo)熱性能良好和鋁球的滾動(dòng)性好，解決了原版教材實(shí)驗(yàn)中兩種物質(zhì)導(dǎo)熱性能不同和攪拌時(shí)不容易滾動(dòng)的缺陷。由于采用直徑為1.5毫米的小鋁球，顆粒小，溫度計(jì)可插入物質(zhì)中測(cè)量物質(zhì)的溫度。（2）酒精燈的熱功率不穩(wěn)定，本人利用PTC加熱片自制一種小型恒溫加熱器，這種PTC小型恒溫加熱器正常工作時(shí)它的熱輸出功率是穩(wěn)定，不受到周圍環(huán)境的影響，解決了實(shí)驗(yàn)加熱過(guò)程中不同物質(zhì)吸收相同的熱量無(wú)法得到保證的難題，為熱源提供了創(chuàng)造了客觀條件。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

在實(shí)驗(yàn)中，用相同LN3.3工型100毫升的兩個(gè)燒杯分別盛有80克的水和小鋁球，在PTC小型恒溫加熱器正常工作時(shí)對(duì)水和小鋁球進(jìn)行加熱。實(shí)驗(yàn)表明：在對(duì)水進(jìn)行加熱過(guò)程中，只要溫度在10℃至65℃范圍內(nèi)，選取一個(gè)初始溫度，每分鐘記錄一次溫度，可測(cè)得每分鐘水的溫度升高2.2℃，水升高的溫度與加熱的時(shí)間（吸收相同的熱量）成正比。在對(duì)小鋁球進(jìn)行加熱過(guò)程中，先用攪拌棒均勻攪拌20秒左右，使燒杯中的小鋁球均勻受熱，用溫度計(jì)測(cè)量小鋁球的溫度。實(shí)驗(yàn)表明：在溫度10℃至85℃范圍內(nèi)，選取一個(gè)初始溫度，每分鐘記錄一次溫度，可測(cè)得每分鐘小鋁球的溫度升高5.2℃，鋁球升高的溫度與加熱的時(shí)間吸收相同的熱量（吸收相同的熱量）成正比。本人通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，采用自制PTC小型恒溫加熱器對(duì)水和小鋁球進(jìn)行加熱，可以確保水和小鋁球在相同時(shí)間內(nèi)吸收相同的熱量，使水和小鋁球的溫度升高成正比。

四、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。由于實(shí)驗(yàn)采用PTC小型恒溫加熱器具有恒溫發(fā)熱，輸出熱功率穩(wěn)定，解決了酒精燈加熱不穩(wěn)定的問題，確保了相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸在相同時(shí)間內(nèi)吸收相同的熱量，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的條件得到保證。在上述實(shí)驗(yàn)條件不變和操作正當(dāng)?shù)那闆r下，重復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)是相同，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。不會(huì)出現(xiàn)原版教材實(shí)驗(yàn)中測(cè)量沙子的溫度一樣，在加熱時(shí)間相同的情況下，溫度升高時(shí)多時(shí)少，這樣增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可信度和科學(xué)性，有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

其次是實(shí)驗(yàn)效果好。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，學(xué)生很容易從數(shù)據(jù)中分析得到：相同質(zhì)量的不同物質(zhì)吸在相同時(shí)間內(nèi)吸收相同的熱量，升高的溫度是不相同的。從而使學(xué)生很容易認(rèn)識(shí)到不同物質(zhì)在吸、放熱性能上的差別，為學(xué)生認(rèn)識(shí)比熱容這個(gè)概念創(chuàng)造了條件，提高了教學(xué)效果。

再次是簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)安全性高。由于采用PTC陶瓷發(fā)熱組件，無(wú)明火現(xiàn)象，比用酒精燈加熱或用電熱絲加熱煤油安全得多。現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)裝置只需一只PTC小型恒溫加熱器和220V電源、兩個(gè)燒杯、鐵架臺(tái)、溫度計(jì)、石棉網(wǎng)、復(fù)夾就可以了，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)化了，操作難度也降低了。這樣可以把這個(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)的樂趣。

五、改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置尚存的不足

首先是由于PTC小型恒溫加熱器恒溫發(fā)熱，當(dāng)物體的溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，物體之間的熱傳遞會(huì)逐漸變?nèi)?，因此，本?shí)驗(yàn)只能在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。

其次是實(shí)驗(yàn)中雖然解決了兩種物質(zhì)在導(dǎo)熱性能上的缺陷，但采用的是直徑為1.5毫米的小鋁球，小鋁球之間存在空隙，加熱過(guò)程中熱量會(huì)散發(fā)，無(wú)法達(dá)到水的比熱容與鋁的比熱容兩者的比值。

責(zé)任編輯羅峰