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        淺談比熱容實驗的改進(jìn)

        2019-10-28 05:37:00蔣云龍
        關(guān)鍵詞:加熱棒酒精燈比熱容

        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(jìn)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(jìn)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(jìn)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。

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