初中物理创新实验的尝试

李顺红

初中物理教材对热值的解释是：“人们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。”教材在引入热值的概念时还有这样的讲述：“人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用的能量很大一部分依然是从燃料的燃烧中获得。”

可见，人类在原始社会就会利用能源，并开始了对能源的逐步探索。时至今日，社会科技高速向前迈进，对能源的需求量更是急剧上升。据有关统计资料显示，2008年江门市区的小汽车约为3万辆，2012年末已达96.97万辆，而2016年仅新增汽车就达10.6888万辆。由此可知，能源的消耗正在以四年内超过30倍的速度猛增，预计在不久的将来，能源将会面临短缺。因此，开发新能源是大势所趋。

要想了解能源面临的各种问题，对学生来说，首先必须掌握能源的基本概念和基础知识。燃料的热值就是中学生初次接触能源问题的其中一个新概念。

燃料热值的得出并不难，只要能够把燃料完全燃烧，并收集燃料完全燃烧后释放的热量，除以燃料的质量，就能计算出燃料的热值了。课本已经给出了一些燃料的热值，但这些燃料都不适合在学校实验室里燃烧。譬如，汽油在实验室里燃烧时火焰太大，收集热量时散失的热量较多，而且燃烧汽油会非常危险。所以，我们尝试把汽油改为花生油，用花生油渗透于棉花里称量质量后燃烧，整个过程能够顺利完成。之后，我们又尝试了用花生作为燃料。我们发现，燃烧花生油和燃烧花生的火焰是一样的，与酒精灯点燃时的火焰差不多，比较安全；由于它们燃烧时火焰小，用加热水的办法来收集热量时，散失的热量极少，可以忽略不计，整个实验过程比较完美，没发现有疏漏之处。但用花生作燃料就更直截了当，而且干净整洁得多。让学生自己来烤花生的实验过程，更使学生充满乐趣，实现了以学生为主体的教学理念，达到了使学生愉快学习的目的。

本文尝试以花生作为燃料，设计探究“燃料的热值”的实验室实验。

一、实验原理

单位质量的某种燃料完全燃烧所释放的热量，叫做这种燃料的热值。热值的单位是焦/千克，字母表示是J/kg。

二、实验记录表格以及计算公式

三、实验材料器具

本实验需用器材：天平、砝码、铁架台、铁圈、试管夹、挂棒、石棉网、酒精灯、火机、量筒（50ml）、锥形瓶（50ml）、温度计（100℃）、钢针、花生。

四、实验过程

（一）安装器材

铁架台的铁杆由下往上分别固定一个铁圈、一个试管夹、一支挂棒，在铁圈上放置石棉网，把锥形瓶放在石棉网上，让试管夹夹住锥形瓶的颈部，将挂在挂棒上的温度计放进锥形瓶里，温度计的玻璃泡必须尽可能接近锥形瓶的底部，但不能碰到底壁。

（二）实验主要操作过程

实验步骤如下。

1. 把锥形瓶从铁架台上轻轻地拿下来，用天平称量锥形瓶的质量，用m1表示；用量筒量取30ml水，将30ml水倒进锥形瓶里，再用天平称量其总质量，用m2表示。

2. 把装有已知质量的水的锥形瓶放回铁架台原来的位置，并保证温度计的玻璃泡浸没在水里，记录下此时温度计的读数，用t1表示。

3. 用天平称量一粒花生的质量，用m花生表示。用钢针刺着这粒花生，把花生放在酒精灯的火焰上加热，当花生点燃后马上移至石棉网下，给锥形瓶的水加热，直至花生完全燃烧变为灰烬为止。如果花生的火苗熄灭了，可以继续放回酒精灯上点燃，继续移至石棉网下给水加热，直至花生燃为灰烬。然后马上记录此时温度计的读数，用t2表示。

4. 计算30ml水的质量，用m水表示，m水=m2-m1。

5. 计算温度计的读数变化，用Δt表示，Δt=t2-t1。

6. 计算30ml水吸收的热量，用Q水吸表示，Q水吸=c水×m水×Δt=c水×（m2-m1）×（t2-t1）。

7. 因为Q花生放=Q水吸，所以花生的热值可以通过计算Q花生放/m花生得到。

图1是课本提供的一些燃料的热值表。

图2是实验老师测量花生的热值记录表，图3是学生测量花生的热值记录表。

通过对图1、图2、图3的对比，我们发现，学生用自己实验测量得到的数据计算出来的花生的热值指数，与老师测量并计算的花生的热值指数级都是106焦/千克。与课本提供的一些燃料的热值指数级（107焦/千克）相比，食油比燃油的热值少一个指数级，这是合理的。

这个对比，说明我们的创新实验是成功的。

五、实验的意义

本实验的最大特点是好奇、好玩、容易完成、计算简单。这个实验选取生活食材——花生作为实验燃料来进行完全燃烧，在实验室用托盘天平称量花生的质量比较容易，燃烧一粒花生比较安全，而且可以实现花生的完全燃烧，并能够顺利收集花生燃烧时释放的热量，所以，在学校实验室的条件下，能够完全满足探究燃料热值实验原理的要求，容易达到实验的目的。学生在整个实验过程中，实验目的非常明确，注意力集中，信心满满，始终保持高涨的情绪。每个学生都能独立完成这个实验，并得出基本一致的结果。

实验证明，创新的物理实验能够極大地提高学生对学习物理知识的积极性，也给课堂教学注入了鲜活的生命力，促进了物理课堂教学效率的提高。

六、本实验与新能源开发相关联的问题

新能源的定义，一般指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。新能源的特点主要有：1. 资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用；2. 能量密度低，开发利用需要较大空间；3. 不含碳或含碳量很少，对环境影响小；4. 分布广，有利于小规模分散利用；5. 间断式供应，波动性大，对持续供能不利；6. 除水电外，可再生能源的开发利用成本较化石能源高。诸如此类。（选自《BYD比亚迪，成就梦想 怎样运作IT、汽车和新能源》）

煤炭、石油、天然气、水能等已经被广泛利用的常规能源，已经远远不能满足人类对能源的需求，人类必须探索和开发各种新能源。

在不断开发新能源支撑庞大的能源需求的同时，我们必须根据能量守恒定律，思考能源在节约和充分利用的过程中，利用空气污染、废物、有害辐射等危害性能源转化为可循环再用性能源，实现能源的可持续发展。

新能源问题，有待我们不断认识，不断探索。因此，在物理课堂教学过程中，教师要不断进行创新实验，以适应新时代发展的需要。

责任编辑 罗峰