“测定某种食物中贮存的能量”探究实验装置的改进

杨 静

(贵州省仁怀市第十中学 564500)

“测定某种食物中贮存的能量”是北师大版初中《生物学》七年级教材中的学生探究实验。在该探究实验中，教材上用到的实验材料有核桃(或花生)、锥形瓶(100mL)、石棉网、食物支架、火柴、温度计、酒精灯、天平、镊子、铁罐头筒(用废弃易拉罐改装的装置代替)。在实施教学的过程中，笔者发现教材上介绍的实验装置还存在一定的不足。如：①测量水温用的是普通温度计，不易读数；②温度计没有固定在锥形瓶上，同时没有用塞子堵住锥形瓶瓶口，导致热量的大量流失；③加热的装置是铁罐头筒，金属导热性强，易导致热量的大量散失。虽然有报道对该实验的改进[1]，但在减少能量损失方面的效果也不理想。笔者尝试对该实验中的装置进行了改进，并取得了一定的实验效果。

1 实验装置的设计与制作

1.1 实验器材 核桃、天平、食物支架、锥形瓶(100mL带刻度)、量筒、漏斗、单孔橡皮塞、镊子、火柴、蜡烛、电子温度计、改进的装置。

1.2 装置的设计 改进的装置其设计草图如图1-A所示，笔者将这改进的装置命名为“食物能量测定仪”(以下简称为能量测定仪或本装置)，本装置由下部(图1-B)和上部(图1-C)组成。

1.3 装置的制作 根据设计草图制作出来的能量测定仪如图2所示(A，外形；B，下部；C，上部；D，盖子；E，完整实验装置)。

A

B

C图1 食物能量测定仪设计草图

2 实验操作

准备好实验所需的仪器和材料,然后进行如下操作：①用天平称量出3粒核桃的质量，每粒核桃的质量均相同(该3粒核桃均来自同一颗核桃)，分别记录为m1、m2、m3；②在锥形瓶、能量测定仪的上部和下部中加入一定量的水(水加在内管和外管之间)，分别约为50mL、218mL、272mL；③将盖子(图2-D)套在装有50mL水的锥形瓶套上，将带有橡皮塞的电子温度计固定在锥形瓶上(便于实时观察锥形瓶中水温的变化，同时减少热量的散失)，并使电子温度计的下端进入水中；④将锥形瓶放入能量测定仪的上部中央，然后用电子温度计测定锥形瓶、能量测定仪上部和下部中水的温度，分别记录为T1、T2、T3；⑤将一粒已称量的核桃插在食物支架上，用燃烧的蜡烛点燃核桃后迅速移至能量测定仪的下部中，然后迅速将能量测定仪的上部放到下部之上(图2-E，注意：核桃与锥形瓶瓶底的距离要保持6cm)；⑥待核桃完全燃烧尽之后，用电子温度计测定锥形瓶、能量测定仪上部和下部中水的温度，分别记录T1′、T2′、T3′；⑦取出完全燃烧的核桃。重复做3次，并做好记录。

图2 食物能量测定仪

3 实验数据计算及结果

取3次实验的平均值计算食物释放的能量。根据常态下，1mL水升高1℃大约需要吸收4.2J热量的原理，可知计算公式为：吸收的能量≈水量×平均温差×4.2J。吸收的能量越接近释放的总能量，说明实验效果越好。根据改进的食物能量测定仪进行3次实验得到如下数据(表1)：

表1 实验数据记录表

根据计算可知，通过食物能量测定仪测得各部分水总吸收的能量为16512.16J。

4 改进装置优势

经过改进后的食物能量测定仪其具体优势如下：

(1) 测量范围比较广。测量水温用的是电子温度计，该温度计能够实时反映水温的变化，显示范围为-50℃～300℃，同时也容易读数；

(2) 减少热量的大量流失。表2是北师大版教材中用易拉罐改装的装置测试的结果，装置测得锥形瓶中水总吸收的能量为5334.00J。同样的材料，本装置测得数据为16512.16J，有效减少热量的流失，所以利用本装置进行实验得到的实验效果更好。

表2 北师大版教材建议的实验装置测定的结果