程文潔

【摘要】“比較不同物質(zhì)吸熱的情況”實(shí)驗(yàn)是初中物理熱學(xué)中的一個重要實(shí)驗(yàn)，教材中的實(shí)驗(yàn)器材和研究方法具有一定的局限性。本文通過對實(shí)驗(yàn)方案和器材進(jìn)行改進(jìn)，提高了加熱效率，直觀地展現(xiàn)了水和油吸收的熱量和溫度的關(guān)系圖線，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。

【關(guān)鍵詞】吸熱能力;初中物理;傳感器;磁力加熱攪拌器;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

在探究“比較不同物質(zhì)吸熱的情況”實(shí)驗(yàn)中，若按照人教版教材上的實(shí)驗(yàn)裝置只能進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榧t外線加熱器裝置在初中物理實(shí)驗(yàn)室中一般沒有配備，因而具有一定的局限性。鑒于九年級的學(xué)生已經(jīng)通過之前的“探究同種物質(zhì)的質(zhì)量和體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)得出實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者對“比較不同物質(zhì)吸熱的情況”實(shí)驗(yàn)的方案和器材進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。本文通過對擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)的記錄和分析，呈現(xiàn)了數(shù)字化的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段，以期對中學(xué)實(shí)驗(yàn)課程有所裨益。

一、教材實(shí)驗(yàn)回顧

人教版初中物理九年級物理第十三章第三節(jié)“比熱容”介紹了“比較不同物質(zhì)吸熱的情況”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程如下。

（1）稱取等質(zhì)量的水和食用油裝入燒杯內(nèi)，組裝實(shí)驗(yàn)器材。

（2）記錄液體的初溫，用電加熱器（熱得快）加熱液體。

（3）通電一段時(shí)間后，停止加熱，記錄液體溫度。

二、教材實(shí)驗(yàn)不足分析

1.實(shí)驗(yàn)器材的局限性

（1）教材中選用的加熱儀器為電加熱器。首先，電加熱器要全部浸入液體中，不能碰到容器底部或容器壁，這在實(shí)驗(yàn)過程中較難實(shí)現(xiàn)。其次，“熱得快”功率一般在1000～1500W左右，功率較大，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有四個電加熱器同時(shí)工作時(shí)，實(shí)驗(yàn)臺的開關(guān)會因?yàn)檫^載而斷開，故按照教材中的實(shí)驗(yàn)方案，只能進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。

（2）教材中選用敞口燒杯作為加熱容器。由于電加熱器需要全部浸入液體中，實(shí)驗(yàn)中需要較多的液體而杯敞口，散失的熱量較多，這就導(dǎo)致加熱時(shí)間過長。同時(shí)，在加熱過程中高溫液體易濺出，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)存在較大安全隱患。

（3）教材實(shí)驗(yàn)缺少攪拌裝置。實(shí)驗(yàn)中如果采用玻璃棒攪拌液體，由于電加熱器和溫度計(jì)的存在，很難均勻攪拌，這就導(dǎo)致整杯液體的溫度不均勻，在測量過程中可能存在較大誤差。

（4）教材實(shí)驗(yàn)不方便讀取溫度。實(shí)驗(yàn)中的溫度計(jì)沒有固定，再加上加熱后水蒸氣容易在溫度計(jì)表面液化成小水珠，在實(shí)驗(yàn)過程中讀取溫度存在一定困難。

綜上分析，教材中的實(shí)驗(yàn)器材在演示實(shí)驗(yàn)上具有一定局限性，并不適合初中生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。

2.學(xué)生認(rèn)知的局限性

密度、比熱容是初中物理中的兩個重要概念，它們都是物質(zhì)本身的特性，都采用比值定義法進(jìn)行定義，但教材中幾乎沒體現(xiàn)出兩個概念的建立過程及其相應(yīng)的聯(lián)系。在八年級物理課程中密度概念的建立利用了圖像法，讓學(xué)生通過動手實(shí)驗(yàn)描點(diǎn)、連線得到“同種物質(zhì)質(zhì)量和體積的比值為定值，不同物質(zhì)比值不同”這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論，進(jìn)而建立密度的概念。而比熱容概念的建立只是簡單比較了加熱相同時(shí)間之后水和油升溫程度的不同，就得出“不同物質(zhì)，在質(zhì)量相等、升高的溫度相同時(shí)，吸收的熱量不同”這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論，沒有通過圖像直觀展現(xiàn)，導(dǎo)致學(xué)生在理解上出現(xiàn)困難，不利于比熱容概念在學(xué)生頭腦中的建立。

（三）實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要點(diǎn)

1.實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)

為了提高學(xué)生的動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，本實(shí)驗(yàn)采用了演示實(shí)驗(yàn)與分組實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式。演示實(shí)驗(yàn)使用溫度傳感器自動收集數(shù)據(jù)，運(yùn)用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件在計(jì)算機(jī)上自動繪制出溫度隨時(shí)間變化的圖像。分組實(shí)驗(yàn)采用溫度計(jì)收集數(shù)據(jù)、學(xué)生列表、描點(diǎn)來分析數(shù)據(jù)。這樣既考慮了中學(xué)生計(jì)算機(jī)操作水平有限的問題，也可以與八年級物理知識點(diǎn)“密度”概念的建立聯(lián)系。

2.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)

（1）加熱方式：采用磁力加熱攪拌器進(jìn)行加熱。磁力加熱攪拌器功率小、加熱面大且均勻，加熱檔位可調(diào)，方便大規(guī)模多臺同時(shí)使用。

（2）加熱容器：選用帶塞的錐形瓶。錐形瓶的底面積大、容積小，大大縮短了加熱時(shí)間，相比較于帶孔橡皮塞，雖然便于固定溫度計(jì)和傳感器探頭，但也減少了熱量的散失。

（3）數(shù)據(jù)收集、分析方式：選用演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)兩種方式。演示實(shí)驗(yàn)中采用溫度傳感器收集海量數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)軟件自動分析繪制溫度圖線。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中學(xué)生通過溫度計(jì)收集數(shù)據(jù)，列表記錄、分析數(shù)據(jù)。

（4）增加攪拌裝置：錐形瓶中放入磁力攪拌子，磁力攪拌子在磁力作用下旋轉(zhuǎn)使得整瓶液體溫度均勻，而且攪拌的速度可調(diào)，從而減小了實(shí)驗(yàn)誤差。

（5）增加兩處玻璃管：橡皮塞上方的玻璃管能夠平衡瓶內(nèi)外氣壓，防止塞子彈出引發(fā)的安全隱患。橡皮塞下方的玻璃管起到固定傳感器探頭方向的作用。

四、實(shí)驗(yàn)效果評價(jià)

教師將教材中的演示實(shí)驗(yàn)改為分組實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的能力不同分配不同難度的任務(wù)：1號學(xué)生負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，2號學(xué)生負(fù)責(zé)讀取并記錄油的溫度，3號學(xué)生負(fù)責(zé)讀取、記錄水的溫度。學(xué)生通過列表，分析分組實(shí)驗(yàn)中溫度計(jì)收集到的溫度數(shù)據(jù)，得出“物體吸收熱量的多少與物質(zhì)種類有關(guān)”這一初步結(jié)論。然后分析演示實(shí)驗(yàn)得到的圖線，類比m-v圖像得出“同種物質(zhì)的吸熱能力相同，不同物質(zhì)吸熱能力一般不同”。最終得出結(jié)論：物體吸收的熱量（Q吸）的多少與物體的質(zhì)量（m）、升高的溫度（△t）、物質(zhì)的種類（K）有關(guān)，即Q吸=m△tk，物理上我們把這一與物質(zhì)種類有關(guān)的量k定義為比熱容，用C表示，于是得到比熱容的定義式C=Q/m△t。這樣，通過直觀的展示，比熱容的概念更容易被學(xué)生理解掌握。

五、拓展實(shí)驗(yàn)

1.演示“探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)

教師在課堂上演示“探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常遇到的問題是等待酒精燈將水加熱至沸騰的時(shí)間過長，而且只有參與實(shí)驗(yàn)的人才能觀察到溫度計(jì)的示數(shù)。本實(shí)驗(yàn)裝置中溫度傳感器每5秒收集一次溫度，溫度圖線很直觀地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，而且利用磁力加熱攪拌器從20攝氏度室溫加熱至沸騰只需要2分鐘，這就大大縮短加熱的時(shí)間，提高了課堂效率。利用同樣的原理，將水換成冰、蜂蠟還可以探究“固體融化時(shí)溫度的變化規(guī)律”。

2.演示“流體壓強(qiáng)和流速關(guān)系”實(shí)驗(yàn)

水旋渦現(xiàn)象涉及八年級物理流體壓強(qiáng)知識，利用本實(shí)驗(yàn)中的磁力攪拌子可以輕松進(jìn)行演示，攪拌子可以在磁力作用下旋轉(zhuǎn)，帶動錐形瓶底部的水轉(zhuǎn)動，形成旋渦。這樣直觀且方便的實(shí)驗(yàn)方法，將極大地提高課堂效率，同時(shí)滿足學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在構(gòu)建“真體驗(yàn)、有感悟、善應(yīng)用”的物理課程中起著巨大的作用，而對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行挖掘與改進(jìn)對突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)很有幫助。本節(jié)實(shí)驗(yàn)將溫度傳感器、磁力加熱攪拌器等現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)器具運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)，不僅體現(xiàn)了新技術(shù)、新方法、新材料在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，還為以分組實(shí)驗(yàn)為核心，改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革做出有效示范，讓學(xué)生通過對比課堂探究實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段的不同而感知經(jīng)典、感受現(xiàn)代、感悟創(chuàng)新。

【參考文獻(xiàn)】

梁智毅.比較不同物質(zhì)的吸熱能力實(shí)驗(yàn)的探究與改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2008（12）：8.