关于液体比热容演示实验的改进与创新

戴弘达 高 立

(合肥市第四十五中学 安徽合肥 230002)

比热容这一概念作为初中热学中的教学重难点，利用“探究不同物质的吸热能力”这一演示实验，可以通过实验探究以及对实验数据的分析，使学生发现不同物质的吸热能力有所不同，这不仅有利于帮助学生建立比热容的概念，也为近似测量物质的比热容大小打下了基础。教材上的演示实验是利用两个酒精灯分别对质量相同的水和煤油进行加热，使这两种物质升高相同的温度，根据水和煤油吸收热量的多少得出水与煤油的吸热能力是不同的。但这一实验一方面存在系统误差，另一方面不便于操作，因此必须加以改进以达到更好的实验效果。

一、实验的要求与意义

“科学探究：物质的比热容”这一演示实验要求学生从生活中不同物质吸收热量后温度变化的特点不同这一现象出发，通过实验探究从而理解不同物质吸热能力有所不同，为后面学习比热容以及热值这两个知识点奠定了基础。

“近似测量物质比热容”这一实验，则是为了引导学生通过测量更好地理解比热容这一物理量的物理意义，对运用比热容理解生活现象有相当重要的意义。

二、教材设计的实验的不足

(一)“科学探究：物质的比热容”实验

该实验受环境因素的影响较大。利用酒精灯加热时无法保证热源相同，且由于酒精灯在容器外部加热，造成热损失过大。

实验选择手动搅拌器，这就要求在同一时间进行计时、测温以及搅拌三项任务，操作同步性很低。使用普通温度计，可视性差，学生很难观察到温度示数的变化。故此实验操作难度大，不方便，耗时长，实验现象不明显。在平时的教学中，教师大多采用播放实验图片和视频的方式进行代替。即使进行现场实验也以教师演示实验为主，几乎没有学生的亲身体验。

(二)“近似测量物质比热容”实验

利用烧杯进行加热，热量损失非常明显，这便导致了即便利用已知的比热容公式对实验数据进行计算，所得出的数值与教材上的理论值相差明显。

三、教具的创新点

(一)“科学探究：物质的比热容”实验的改进

笔者在制作教具时对热源、搅拌装置以及测温装置进行了改进。首先，选择规格相同的电加热管，直接在液体内部加热，保证了热源的稳定及统一。其次，使用微型蠕动泵，变内循环为外循环，使液体受热更加均匀，避免搅拌器吸热，温度测量更为准确。最后换用数字温度计，可以大大提高实验的可视性。

(二)“比较不同物质的吸热能力”实验的改进

在上述实验的基础上，进一步将数字温度计改进为温度传感器，将信号输入电脑中，通过DISLAB温度传感器以及配套软件可直接描点作图得到不同物质吸热升温的特点的图像。以下为实际测量的数据和分析结果。

在两个双层真空烧杯中装有120 g的水和煤油，在学生电源上并联两个规格相同的电热管，将其置于烧杯中，并插入微型水泵的软管和数字温度计的探头。

第一步，闭合蠕动泵的开关，使其开始工作；

第二步，闭合电热管开关，使其开始加热；

第三步，开启计时器，每隔10 s记录一次水与煤油的温度。

通过对二者升高温度与时间的数据进行描点连线，我们可以得出水与煤油吸热能力的线性函数图像。

(三)“定量测量物质比热容”实验的创新

笔者在实验时对容器进行了筛选，换用双层真空烧杯作为容器，这样可以减少热量损失，在加快实验速率的同时也提升了实验数据的可靠性。此容器的真空夹层可以有效控制热传导与热对流，这样便可以基本上让电加热管所放出的所有热量都能够被液体吸收。如图5所示，采用数显式学生电源，可直接读取电加热管的电流和电压大小，这样便可以结合相应公式算出物质比热容的近似值，大幅度提升实验的准确性。

利用上述实验器材，我们对200 g的水进行加热，现场计算出水的比热容。(此时输出电压为20 V，输出电流为1.66 A，每隔8 s自动记录一次水的温度，40 s后水温上升1.5 ℃)

实验结论：不同物质的吸热能力一般是不同的。以相同质量的水与煤油为例，在吸收相同热量时，水的温度上升几乎只有煤油的一半，这说明水的吸热能力是煤油的两倍，我们便利用比热容来描述物质的吸热能力。而利用比热容公式和实验中测得的数据，可以近似算出水的比热容为4.4×103J/(kg·℃)，这与理论值4.2×103J/(kg·℃)相差很小，这也便于让学生理解水的比热容的物理意义为：每1 kg的水升高1 ℃所需要吸收的热量为4.2×103J。

本实验教具的创新点：

1.实验方法层面

为了更好地完成实验教学任务，结合多媒体技术处理数据，使实验现象更加明显，促使学生对于比热容有更深刻的认识。

2.实验设计思路层面

本节课的实验教学，首先通过对教材实验的创新改进，帮助学生理解比热容的物理意义；而后，利用进一步改进的实验教具，对物质的比热容进行定量的测量，并与书本上的理论值进行对照，让教学从定性迈向定量，促使实验教学更加严谨。

笔者利用自制的“探究物质吸热能力实验演示仪”以及“液体比热容测量实验演示仪”排除了绝大部分环境因素的干扰，实验现象明显，成功率高，可以更好地调动学生学习的积极性，使学生注意力更加集中，也进一步培养了学生对物理的学习兴趣，帮助学生更好地理解抽象的物理知识，提高了课堂教学效率。所以在平时初中物理的教学中，教师需要关注实验教学的改进与创新。