巧改《比熱容》實驗

摘要：本文提出了比熱容實驗的改進方案，使實驗方法更為科學、操作更為方便。

關鍵詞：比熱容；實驗；探究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)5(S)-0070-2

比熱容的探究一直是初中教學的難點，這主要因為比熱容的概念內涵較深、外延較廣，涉及熱量、溫度變化、質量三個物理量之間的關系，學生難以理解。要想講清比熱容的概念，做好比熱容的實驗十分重要。但在教學實踐中，筆者按照教材（魯教版）的設計去做實驗，遇到了這樣幾個問題：

（1）用酒精燈做實驗無法保證熱源完全相同，就無法保證在相同時間內放出的熱量相等。

（2）用酒精燈加熱，水和煤油受熱不均勻，難以保證水和煤油在相同時間內吸收的熱量相同。

（3）無法控制在相同時間內，水和煤油向周圍放出的熱量相同。筆者多次實驗發現：酒精燈剛開始加熱的一段時間內，會出現水的溫度升高反而比煤油快的現象。可能是因為它們裸露在同溫的空間里擴散熱量，而煤油的體積比同質量的水的體積大，在同時刻內，煤油擴散失去的熱量要比水多，故而會得到相反的結論。

（4）在加熱的后階段，煤油的溫度升高超過了水，但這時引導學生分析它們吸熱能力誰強誰弱時，很多學生卻認為：因為煤油的溫度比水的溫度升得快，所以煤油的吸熱能力強。

如何讓實驗方法更為科學，實驗操作更為方便，實驗現象更為直觀且具有足夠的說服力。為此，筆者對該實驗裝置進行了重新設計。受前一章《熔化和凝固》的實驗裝置啟發：何不用熔化和凝固的實驗裝置來做比熱容的實驗呢？實踐證明這種設計取得了較好的教學效果，輕松地解決了上述的前3個問題。具體做法如下：

（1）取兩套熔化和凝固實驗裝置，在其大燒杯中放入等量熱水（盡可能多的熱水，減小實驗中不同液體吸熱不同造成的影響）作為實驗中的熱源。

（2）在兩只相同的大試管中分別放入等質量的水和煤油，再分別放入溫度計。

（3）將兩只大試管分別放入大燒杯的熱水中進行實驗。

這種設計優點有3個：

（1）裝置簡單，能夠充分利用現有器材，一般的學校完全可以將它改為學生分組實驗。

（2）操作簡單，實驗條件比較容易控制，只要將熱水從暖瓶中倒出，從大燒杯上的刻度可以大致確定水的數量，這里因為散熱條件相同而不需采用保溫措施，并且還可以保證加熱條件大致相同，保證水和煤油在相同時間內吸收的熱量基本相同。

（3）因試管中所裝的液體質量小，所以整個實驗時間短，現象明顯。而且采用試管來裝水和煤油可以增大相對受熱面積，使水和煤油受熱均勻。

關于上述在教學中遇到的第4個問題：很多學生總是認為“因為煤油的溫度比水的溫度升高得快，所以煤油的吸熱能力強”，筆者認為要精心做好教學設計，引導學生正確理解比熱容的內涵。在設計本實驗的探究方案時，一般會有這樣兩種思路：

方案一：用相同質量的水和煤油，讓它們升高相同的溫度，比較加熱時間，從而比較出水和煤油的吸熱本領。

方案二：用相同質量的水和煤油，給它們加熱相同時間，比較溫度升高的多少，從而比較出水和煤油的吸熱本領。

如果教師采用方案二來引導學生設計實驗，那么當學生看到實驗的結果后，很多學生總是認為“因為煤油的溫度比水的溫度升高得快，所以煤油的吸熱能力強”。畢竟學生還沒有學習到比熱容，對物質吸熱能力強弱是什么意思還不很清楚，所以很容易僅憑感覺得出錯誤結論，這種做法無形中給學生理解比熱容的概念設置了障礙。因此筆者經過深入反思后認為，在本節課的第一課時為了便于學生建立起比熱容的概念，最好還是上來就按照方案一來設計實驗（可暫不提方案二，當然這需要教師到位的引導，讓學生的思路能順著教師想要引導的方向去思考，不要太發散），這樣學生理解起來比較容易，教師教的也很順暢。等學生經過一段時間的學習，對比熱容的概念理解的比較深入以后，教師再介紹一下方案二也未嘗不是一種好方法。

筆者嘗試采用這種思路來授課，發現按照方案一做完實驗后，當筆者提問：“相同質量的水和煤油，在升高相同的溫度時，誰吸收的熱量多？這兩種物質誰包含熱量的能力強？”此時，幾乎所有的學生都能準確答出：“水吸收的熱量多，水包含熱量的能力強。”這樣，在教師有意強化“物質包含熱量的能力”的引導下，學生對“比熱容”這一概念物理意義的建構順利完成。

如果以后在介紹方案二時，還有學生總是不能理解“為什么質量相同的水和煤油，吸收相同的熱量，水升溫慢，說明水的吸熱本領強”，筆者建議教師可以引導：

師：若要使質量相同的水、煤油升高相同的溫度，該怎么辦？

生：應對水加熱更長的時間，讓它繼續吸熱。

師：水和煤油誰的吸熱能力強？

生：同等條件下的水吸熱多，故而水吸熱能力強。

這樣處理，就將對不易接受的方案二的理解又巧妙地轉化成對容易接受的方案一的理解了。

(欄目編輯張正嚴)

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