簡易食物熱量測(cè)定儀的改進(jìn)

徐永強(qiáng)　徐蘭

摘 要 介紹了簡易食物熱量測(cè)定儀改進(jìn)的背景、思路、過程及改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 食物熱量測(cè)定儀 改進(jìn) 熱價(jià) 熱價(jià)提高率

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

“探究食物中儲(chǔ)存的能量”活動(dòng)是北師大版七年級(jí)生物教材中一個(gè)重要探究實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)，教材中的簡易食物熱量測(cè)定儀雖然使用方便，能定量測(cè)出不同食物樣品的熱價(jià)，效果較好。但不盡完美，如：（1） 樣品燃燒時(shí)，鐵質(zhì)的筒體溫度較高，燙手，存在一定的安全隱患；（2） 部分熱量散失，誤差較大。此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是最大限度減少熱量散失，降低實(shí)驗(yàn)誤差。為解決實(shí)驗(yàn)中存在的問題，筆者提出了改進(jìn)裝置的設(shè)想，并對(duì)裝置進(jìn)行了改進(jìn)。

1 設(shè)計(jì)原理

紙質(zhì)、木質(zhì)材料傳熱性低于鐵質(zhì)材料。

2 裝置改進(jìn)的設(shè)計(jì)思路

① 保留原裝置的優(yōu)點(diǎn)；

② 降低能量的散失，提高食物熱量的利用率，減少實(shí)驗(yàn)誤差；

③ 消除安全隱患；

④ 便于自制推廣。

3 裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)

（1） 裝置設(shè)計(jì)。

① 改進(jìn)后的裝置外觀、規(guī)格與原裝置相似；

② 紙質(zhì)材料、木質(zhì)材料替代鐵質(zhì)材料；

（2） 制作材料、用具。

① 制作材料：

直徑10～13 cm×高13～15 cm的紙質(zhì)筒罐1個(gè)（如廢棄的茶葉紙質(zhì)筒罐、油漆紙質(zhì)筒罐或其他高級(jí)禮品紙質(zhì)筒罐）。直徑0.2～0.3 cm、長20 cm小竹簽2根（或廢棄的竹筷、一次性筷子），細(xì)鐵絲少許、50 mL試管1支、試管塞1個(gè)、溫度計(jì)1支、橡膠塞1個(gè)。

② 用具：

夾鉗、尺子、鉛筆、紙片、剪刀、小刀、水泥鐵釘、小鐵錘、平口起子。

4 裝置制作、組裝

（1） 制作。

① 去掉罐底；② 在罐蓋中央位置制作一個(gè)直徑為3 cm的圓孔，罐蓋邊緣制作適量直徑為0.3 cm的通氣小孔；③ 在距罐頂部2 cm以下部位制作一個(gè)長軸為9 cm、短軸為4.5 cm的長橢圓形窗口；④ 在罐內(nèi)距頂部5 cm正對(duì)長橢圓形窗口位置制作寬5 cm的樣品支架（由2根小竹簽制作而成）；⑤ 在罐內(nèi)試距管架下方3.5 cm位置制作一個(gè)6 cm×4 cm的懸空樣品架；⑥ 制作一個(gè)筒體塞，中央插入試管；⑦ 制作一個(gè)試管塞，中央制作插入溫度計(jì)。

（2） 模型組裝（圖1）。

① 將溫度計(jì)插入試管塞，試管塞插入試管，試管插入罐蓋塞，罐蓋塞插入罐蓋中央的小孔；② 在筒體上裝上樣品支架；③ 樣品支架上裝上懸空樣品架；④ 合上罐蓋。

5 裝置改進(jìn)前、后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照

（1） 對(duì)照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（表1）

食物樣品熱量計(jì)算公式：食物樣品熱量=（水的體積×水體溫差×4.187焦耳）。

食物樣品熱價(jià)計(jì)算公式：食物樣品熱價(jià)=（水的體積×水體溫差×4.187焦耳）÷樣品質(zhì)量。

食物樣品熱價(jià)提高率計(jì)算公式：〔（改進(jìn)后熱價(jià)-改進(jìn)前熱價(jià)）/改進(jìn)前熱價(jià)〕×100%。

（2） 對(duì)照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

① 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照：

改進(jìn)前，花生熱價(jià)：5.359 kJ，核桃熱價(jià)：5.611kJ；改進(jìn)后，花生熱價(jià)：8.484 kJ，核桃熱價(jià)：8.095 kJ。

② 改進(jìn)后熱價(jià)提高率：

花生：〔（8.484 kJ-5.359 kJ）/5.359 kJ〕×100%=58.31%；

核桃：〔（8.095 kJ-5.611 kJ）/5.611 kJ〕×100%=44.27%。

（3） 對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

通過對(duì)改進(jìn)前、后裝置對(duì)照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置能提高食物樣品利用率，提高熱價(jià)，降低熱量散失、減少實(shí)驗(yàn)誤差。

7 裝置改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1） 保留了原裝置的優(yōu)點(diǎn)。

（2） 消除了安全隱患。

裝置改進(jìn)前，主體為鐵質(zhì)材料，導(dǎo)熱性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，裝置筒體上部溫度較高，燙手，存在一定的安全隱患。裝置改進(jìn)后，主體為紙質(zhì)材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，筒體溫度接近常溫，不燙手，消除了實(shí)驗(yàn)中的安全隱患，提高了食物熱量的利用率。

（3） 紙質(zhì)材料（裝置主體）、木質(zhì)材料（裝置樣品支架）替代鐵質(zhì)材料，絕熱性能好，熱量散失少，提高了食物熱量的利用率，降低實(shí)驗(yàn)誤差。

（4） 制作簡單、方便，易于自制推廣。

改進(jìn)前的裝置，主體為鐵質(zhì)材料，制作時(shí)需使用切割機(jī)、電鉆等大型電動(dòng)工具，自制較為困難，不利于推廣應(yīng)用；改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，主體材料為紙質(zhì)、木質(zhì)材料，制作工具簡單，易于自制加工，便于推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

徐永強(qiáng)，徐燏.“探究食物中儲(chǔ)存的能量活動(dòng)”裝置的設(shè)計(jì)制作[J]，生物學(xué)通報(bào)，2012（10）：P44-45.endprint