淺談比熱容實驗的改進

蔣云龍

物理學(xué)是一門實證性學(xué)科，有的理論是從實驗中得來的，有的理論則是先提出假設(shè)，然后再實驗驗證?？梢姡瑢嶒炇俏锢韺W(xué)的主要研究手段，是物理學(xué)發(fā)展的推動力。在中學(xué)教學(xué)中，必須重視物理實驗，才能培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。

蘇科版物理課本中有一節(jié)專門探究物質(zhì)的比熱容，比熱容是初中重點學(xué)習(xí)的四大物理屬性之一，學(xué)生在生活中接觸不到這個概念，沒有感性認(rèn)知，理解起來非常困難。因此，課本中設(shè)計了一個“探究不同物質(zhì)吸熱升溫快慢”的活動，做法如下：在兩個相同的容器中盛入等質(zhì)量的沙子和水，用相同型號的酒精燈加熱（如圖1），每隔1分鐘記錄下沙子和水的溫度，根據(jù)沙子和水升溫的快慢說明不同物質(zhì)吸熱本領(lǐng)是不同的。經(jīng)過筆者反復(fù)推敲，這個實驗設(shè)計有不足之處。

一、探究教材實驗，發(fā)現(xiàn)不足之處

1.酒精燈的燈芯不可能完全相同，點燃后的火焰大小不會完全相同，而且也不能保證火焰釋放的熱量完全被沙子和水吸收。因此，用加熱時間反映沙子和水吸熱多少是不科學(xué)的。

2.酒精燈對容器的底部加熱，使沙子底部的溫度明顯高于上部的溫度，用溫度計測出的溫度值是不準(zhǔn)確的。

3.這個實驗不能定量顯示沙子和水吸收的熱量值，不能定量計算出水和沙子的比熱容，只能定性比較沙子和水的比熱容哪個大。

二、改進教材實驗，彌補不足之處

為了解決教材中實驗的不足之處，經(jīng)過多次改進和反復(fù)試驗，終于找到了合適的實驗器材和實驗方案。

1.為了克服固體沙子受熱不均勻的特點，改進后的實驗選用1.6kg的水和1.6kg的酒精（含水量80%90%）（如圖2），由于液體具有流動性，熱量在對流的過程中會較快的散開，液體的每個部分受熱基本是均勻的，測得的溫度較為準(zhǔn)確。

2.實驗采用探針式電子溫度計（如圖3），靈敏度高，反應(yīng)時間短，可以實時顯示液體的溫度（水的初溫14.9℃，酒精的初溫15.3℃），保證記錄溫度值的準(zhǔn)確性。

3.實驗中用兩根功率相同的電熱管加熱棒代替酒精燈，由于加熱棒的功率是相同的，可以保證在相同的時間內(nèi)放出相等的熱量。其次，加熱棒是放在液體的內(nèi)部加熱，大大減少熱量損失，還能有效解決受熱不均勻的問題。再次，加熱棒的功率很大，加熱時間較短，熱量散失很少，可以近似認(rèn)為加熱棒放出的熱量等于液體吸收的熱量。

4.為了定量計算液體的比熱容，需要知道液體吸收的熱量，在實驗中增加電量計量插座。電量計量插座可以實時顯示用電量（0.06kw·h）（如圖4），用電量就等于加熱棒放出的熱量，近似認(rèn)為就是液體吸收的熱量。

5.根據(jù)圖3和圖4可知，水的初溫是14.9℃，末溫是46.8℃；酒精的初溫是15.3℃，末溫是58.1℃。由于酒精升高的溫度大，酒精的比熱容小于水的比熱容。

6.根據(jù)圖3和圖4的數(shù)據(jù)可以驗證比熱容的公式，以水為例，吸收的熱量0.06kwh=2.16×105J，c=Q／［m·（t-t0）］=2.16×105／［1.6×（46.8-14.9）］=4.23×103J／（kg·℃），與教材中提供的額數(shù)據(jù)是吻合的。

至此，該實驗設(shè)計解決了教材中實驗的不足，現(xiàn)象明顯，數(shù)據(jù)真實有效，學(xué)生更加容易理解比熱容的概念和計算公式。

結(jié)語：加強演示實驗教學(xué)符合物理的學(xué)科特點和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有利于學(xué)生構(gòu)建完整的概念體系，有利于激發(fā)學(xué)生的能動性，，有利于培養(yǎng)學(xué)生探究精神。