李順紅

初中物理教材對(duì)熱值的解釋是：“人們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。燃燒相同質(zhì)量的不同燃料，放出的熱量是不同的?！苯滩脑谝霟嶂档母拍顣r(shí)還有這樣的講述：“人類(lèi)在原始社會(huì)就知道燃燒柴薪來(lái)取暖、燒飯。在現(xiàn)代社會(huì)，人類(lèi)所用的能量很大一部分依然是從燃料的燃燒中獲得?！?/p>

可見(jiàn)，人類(lèi)在原始社會(huì)就會(huì)利用能源，并開(kāi)始了對(duì)能源的逐步探索。時(shí)至今日，社會(huì)科技高速向前邁進(jìn)，對(duì)能源的需求量更是急劇上升。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，2008年江門(mén)市區(qū)的小汽車(chē)約為3萬(wàn)輛，2012年末已達(dá)96.97萬(wàn)輛，而2016年僅新增汽車(chē)就達(dá)10.6888萬(wàn)輛。由此可知，能源的消耗正在以四年內(nèi)超過(guò)30倍的速度猛增，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，能源將會(huì)面臨短缺。因此，開(kāi)發(fā)新能源是大勢(shì)所趨。

要想了解能源面臨的各種問(wèn)題，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，首先必須掌握能源的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)。燃料的熱值就是中學(xué)生初次接觸能源問(wèn)題的其中一個(gè)新概念。

燃料熱值的得出并不難，只要能夠把燃料完全燃燒，并收集燃料完全燃燒后釋放的熱量，除以燃料的質(zhì)量，就能計(jì)算出燃料的熱值了。課本已經(jīng)給出了一些燃料的熱值，但這些燃料都不適合在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里燃燒。譬如，汽油在實(shí)驗(yàn)室里燃燒時(shí)火焰太大，收集熱量時(shí)散失的熱量較多，而且燃燒汽油會(huì)非常危險(xiǎn)。所以，我們嘗試把汽油改為花生油，用花生油滲透于棉花里稱(chēng)量質(zhì)量后燃燒，整個(gè)過(guò)程能夠順利完成。之后，我們又嘗試了用花生作為燃料。我們發(fā)現(xiàn)，燃燒花生油和燃燒花生的火焰是一樣的，與酒精燈點(diǎn)燃時(shí)的火焰差不多，比較安全；由于它們?nèi)紵龝r(shí)火焰小，用加熱水的辦法來(lái)收集熱量時(shí)，散失的熱量極少，可以忽略不計(jì)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程比較完美，沒(méi)發(fā)現(xiàn)有疏漏之處。但用花生作燃料就更直截了當(dāng)，而且干凈整潔得多。讓學(xué)生自己來(lái)烤花生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，更使學(xué)生充滿樂(lè)趣，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，達(dá)到了使學(xué)生愉快學(xué)習(xí)的目的。

本文嘗試以花生作為燃料，設(shè)計(jì)探究“燃料的熱值”的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)原理

單位質(zhì)量的某種燃料完全燃燒所釋放的熱量，叫做這種燃料的熱值。熱值的單位是焦/千克，字母表示是J/kg。

二、實(shí)驗(yàn)記錄表格以及計(jì)算公式

三、實(shí)驗(yàn)材料器具

本實(shí)驗(yàn)需用器材：天平、砝碼、鐵架臺(tái)、鐵圈、試管夾、掛棒、石棉網(wǎng)、酒精燈、火機(jī)、量筒（50ml）、錐形瓶（50ml）、溫度計(jì)（100℃）、鋼針、花生。

四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（一）安裝器材

鐵架臺(tái)的鐵桿由下往上分別固定一個(gè)鐵圈、一個(gè)試管夾、一支掛棒，在鐵圈上放置石棉網(wǎng)，把錐形瓶放在石棉網(wǎng)上，讓試管夾夾住錐形瓶的頸部，將掛在掛棒上的溫度計(jì)放進(jìn)錐形瓶里，溫度計(jì)的玻璃泡必須盡可能接近錐形瓶的底部，但不能碰到底壁。

（二）實(shí)驗(yàn)主要操作過(guò)程

實(shí)驗(yàn)步驟如下。

1. 把錐形瓶從鐵架臺(tái)上輕輕地拿下來(lái)，用天平稱(chēng)量錐形瓶的質(zhì)量，用m1表示；用量筒量取30ml水，將30ml水倒進(jìn)錐形瓶里，再用天平稱(chēng)量其總質(zhì)量，用m2表示。

2. 把裝有已知質(zhì)量的水的錐形瓶放回鐵架臺(tái)原來(lái)的位置，并保證溫度計(jì)的玻璃泡浸沒(méi)在水里，記錄下此時(shí)溫度計(jì)的讀數(shù)，用t1表示。

3. 用天平稱(chēng)量一?；ㄉ馁|(zhì)量，用m花生表示。用鋼針刺著這?；ㄉ?，把花生放在酒精燈的火焰上加熱，當(dāng)花生點(diǎn)燃后馬上移至石棉網(wǎng)下，給錐形瓶的水加熱，直至花生完全燃燒變?yōu)榛覡a為止。如果花生的火苗熄滅了，可以繼續(xù)放回酒精燈上點(diǎn)燃，繼續(xù)移至石棉網(wǎng)下給水加熱，直至花生燃為灰燼。然后馬上記錄此時(shí)溫度計(jì)的讀數(shù)，用t2表示。

4. 計(jì)算30ml水的質(zhì)量，用m水表示，m水=m2-m1。

5. 計(jì)算溫度計(jì)的讀數(shù)變化，用Δt表示，Δt=t2-t1。

6. 計(jì)算30ml水吸收的熱量，用Q水吸表示，Q水吸=c水×m水×Δt=c水×（m2-m1）×（t2-t1）。

7. 因?yàn)镼花生放=Q水吸，所以花生的熱值可以通過(guò)計(jì)算Q花生放/m花生得到。

圖1是課本提供的一些燃料的熱值表。

圖2是實(shí)驗(yàn)老師測(cè)量花生的熱值記錄表，圖3是學(xué)生測(cè)量花生的熱值記錄表。

通過(guò)對(duì)圖1、圖2、圖3的對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生用自己實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的花生的熱值指數(shù)，與老師測(cè)量并計(jì)算的花生的熱值指數(shù)級(jí)都是106焦/千克。與課本提供的一些燃料的熱值指數(shù)級(jí)（107焦/千克）相比，食油比燃油的熱值少一個(gè)指數(shù)級(jí)，這是合理的。

這個(gè)對(duì)比，說(shuō)明我們的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是成功的。

五、實(shí)驗(yàn)的意義

本實(shí)驗(yàn)的最大特點(diǎn)是好奇、好玩、容易完成、計(jì)算簡(jiǎn)單。這個(gè)實(shí)驗(yàn)選取生活食材——花生作為實(shí)驗(yàn)燃料來(lái)進(jìn)行完全燃燒，在實(shí)驗(yàn)室用托盤(pán)天平稱(chēng)量花生的質(zhì)量比較容易，燃燒一?；ㄉ容^安全，而且可以實(shí)現(xiàn)花生的完全燃燒，并能夠順利收集花生燃燒時(shí)釋放的熱量，所以，在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的條件下，能夠完全滿足探究燃料熱值實(shí)驗(yàn)原理的要求，容易達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆浅Ｃ鞔_，注意力集中，信心滿滿，始終保持高漲的情緒。每個(gè)學(xué)生都能獨(dú)立完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并得出基本一致的結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)證明，創(chuàng)新的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驑O大地提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理知識(shí)的積極性，也給課堂教學(xué)注入了鮮活的生命力，促進(jìn)了物理課堂教學(xué)效率的提高。

六、本實(shí)驗(yàn)與新能源開(kāi)發(fā)相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題

新能源的定義，一般指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開(kāi)發(fā)利用的可再生能源，包括太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面與深層之間的熱循環(huán)等；此外，還有氫能、沼氣、酒精、甲醇等。新能源的特點(diǎn)主要有：1. 資源豐富，普遍具備可再生特性，可供人類(lèi)永續(xù)利用；2. 能量密度低，開(kāi)發(fā)利用需要較大空間；3. 不含碳或含碳量很少，對(duì)環(huán)境影響??；4. 分布廣，有利于小規(guī)模分散利用；5. 間斷式供應(yīng)，波動(dòng)性大，對(duì)持續(xù)供能不利；6. 除水電外，可再生能源的開(kāi)發(fā)利用成本較化石能源高。諸如此類(lèi)。（選自《BYD比亞迪，成就夢(mèng)想 怎樣運(yùn)作IT、汽車(chē)和新能源》）

煤炭、石油、天然氣、水能等已經(jīng)被廣泛利用的常規(guī)能源，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類(lèi)對(duì)能源的需求，人類(lèi)必須探索和開(kāi)發(fā)各種新能源。

在不斷開(kāi)發(fā)新能源支撐龐大的能源需求的同時(shí)，我們必須根據(jù)能量守恒定律，思考能源在節(jié)約和充分利用的過(guò)程中，利用空氣污染、廢物、有害輻射等危害性能源轉(zhuǎn)化為可循環(huán)再用性能源，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。

新能源問(wèn)題，有待我們不斷認(rèn)識(shí)，不斷探索。因此，在物理課堂教學(xué)過(guò)程中，教師要不斷進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，以適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的需要。

責(zé)任編輯 羅峰