探究不同物质的吸热能力是学生学习和理解“比热容”概念最重要的实验之一。因为该实验的教具相对来说比较复杂,在实际操作过程中有一定的危险性,所以在很长的时间内,我们寻求的是实验装置的改进,以便能更清晰、安全地展示出实验现象。为此,我们对该实验做了如下改进。
(一)教材实验展示
以水和食用油为研究对象,用天平称取相同质量的水和食用油,分别装入两个相同的烧杯内。用电加热器给它们加热,用温度计测量液体吸收热量后升高的温度值,并用钟表记录加热时间。在质量一定时,比较两种物质的吸热能力。如果加热时间相同,即液体吸收热量相同的情况下,温度变化小的吸热能力强;如果温度变化相同,则加热时间长的吸收热量多,吸热能力强。
(1)优点。电加热器更加稳定,不容易受到外界因素的干扰,如果选用酒精灯,那么热源容易产生差别。水和煤油的吸热能力相差较大,能够清晰从温度计或者加热时间上比较出两者之间的差别。
(2)不足之处。从加热装置上来说,此实验可以作为演示实验。大部分的城镇学校无法达到使用电加热器的标准,更不用说将这个实验作为分组实验让学生自己操作了。此项实验操作,涉及了热学和电学过程,从操作上和安全上来说,并不适合还没有电学基础的初中学生来做。
(二)实验改进措施
本着实验的科学性、材料的易获取性和操作的简单性,我利用泡沫塑料的可塑性强的特点,为大烧杯做了一个泡沫塑料盖,并在盖上开了两个孔,孔的直径比所用的大试管直径略小。再用两个泡沫塑料垫将温度计固定在试管中,根据试管中液体的多少调节温度计在试管中的位置,最后将两支试管插入泡沫塑料盖的孔中,根据烧杯中热水的多少和试管中液体的多少来确定试管插入的深度,并在试管上做好标记。经多次的实验我们发现,烧杯的保温性能差。外界气温较低时,烧杯中的热水作为热源供热时间较短,因此将烧杯换成保温杯就可克服气温低造成的对实验的影响。
实验中,直接将热水倒入保温杯中,利用水浴加热法来加热两支规格相同且盛有相同质量水和色拉油的试管,避免了外界气温较低时,热水温度降低速度较快导致的现象不明显。同时读取一定时间间隔两支温度计的示数。我们可以看到这样的实验现象:质量相同的水和酒精,吸收相同的热量(加热时间相同),升温慢的,吸热能力强。同样的,我们也可以发现升高相同的温度,水吸收的热量多。(www.xing528.com)
这个装置,操作简单,便于携带,容易观察而且利用的是大家生活中熟知的材料,体现了物理与社会生活的联系。
(三)结论
通过对实验数据的分析,我们可以总结出:不同物质的吸热能力不同,我们用比热容来代表物质的这种能力。
物质的吸热能力体现在两个方面:一是质量相同的不同物质,升高(或降低)相同的温度,比热容大的物质吸收(或放出)的热量多;二是质量相同的不同物质,吸收(或放出)相同的热量,比热容大的物质升温(或降温)慢。
(四)实验说明
该实验用到的器材是保温杯和试管,所以热源的供应是有一定时间限制的,此外试管中两种液体质量较小,所以温度变化很快,用时较短,所以需要及时观察记录。
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