初中物理創新實驗的嘗試

李順紅

初中物理教材對熱值的解釋是：“人們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比，叫做這種燃料的熱值。燃燒相同質量的不同燃料，放出的熱量是不同的。”教材在引入熱值的概念時還有這樣的講述：“人類在原始社會就知道燃燒柴薪來取暖、燒飯。在現代社會，人類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，人類在原始社會就會利用能源，并開始了對能源的逐步探索。時至今日，社會科技高速向前邁進，對能源的需求量更是急劇上升。據有關統計資料顯示，2008年江門市區的小汽車約為3萬輛，2012年末已達96.97萬輛，而2016年僅新增汽車就達10.6888萬輛。由此可知，能源的消耗正在以四年內超過30倍的速度猛增，預計在不久的將來，能源將會面臨短缺。因此，開發新能源是大勢所趨。

要想了解能源面臨的各種問題，對學生來說，首先必須掌握能源的基本概念和基礎知識。燃料的熱值就是中學生初次接觸能源問題的其中一個新概念。

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，除以燃料的質量，就能計算出燃料的熱值了。課本已經給出了一些燃料的熱值，但這些燃料都不適合在學校實驗室里燃燒。譬如，汽油在實驗室里燃燒時火焰太大，收集熱量時散失的熱量較多，而且燃燒汽油會非常危險。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量質量后燃燒，整個過程能夠順利完成。之后，我們又嘗試了用花生作為燃料。我們發現，燃燒花生油和燃燒花生的火焰是一樣的，與酒精燈點燃時的火焰差不多，比較安全；由于它們燃燒時火焰小，用加熱水的辦法來收集熱量時，散失的熱量極少，可以忽略不計，整個實驗過程比較完美，沒發現有疏漏之處。但用花生作燃料就更直截了當，而且干凈整潔得多。讓學生自己來烤花生的實驗過程，更使學生充滿樂趣，實現了以學生為主體的教學理念，達到了使學生愉快學習的目的。

本文嘗試以花生作為燃料，設計探究“燃料的熱值”的實驗室實驗。

一、實驗原理

單位質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、實驗記錄表格以及計算公式

三、實驗材料器具

本實驗需用器材：天平、砝碼、鐵架臺、鐵圈、試管夾、掛棒、石棉網、酒精燈、火機、量筒（50ml）、錐形瓶（50ml）、溫度計（100℃）、鋼針、花生。

四、實驗過程

（一）安裝器材

鐵架臺的鐵桿由下往上分別固定一個鐵圈、一個試管夾、一支掛棒，在鐵圈上放置石棉網，把錐形瓶放在石棉網上，讓試管夾夾住錐形瓶的頸部，將掛在掛棒上的溫度計放進錐形瓶里，溫度計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）實驗主要操作過程

實驗步驟如下。

1. 把錐形瓶從鐵架臺上輕輕地拿下來，用天平稱量錐形瓶的質量，用m1表示；用量筒量取30ml水，將30ml水倒進錐形瓶里，再用天平稱量其總質量，用m2表示。

2. 把裝有已知質量的水的錐形瓶放回鐵架臺原來的位置，并保證溫度計的玻璃泡浸沒在水里，記錄下此時溫度計的讀數，用t1表示。

3. 用天平稱量一粒花生的質量，用m花生表示。用鋼針刺著這粒花生，把花生放在酒精燈的火焰上加熱，當花生點燃后馬上移至石棉網下，給錐形瓶的水加熱，直至花生完全燃燒變為灰燼為止。如果花生的火苗熄滅了，可以繼續放回酒精燈上點燃，繼續移至石棉網下給水加熱，直至花生燃為灰燼。然后馬上記錄此時溫度計的讀數，用t2表示。

4. 計算30ml水的質量，用m水表示，m水=m2-m1。

5. 計算溫度計的讀數變化，用Δt表示，Δt=t2-t1。

6. 計算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. 因為Q花生放=Q水吸，所以花生的熱值可以通過計算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是實驗老師測量花生的熱值記錄表，圖3是學生測量花生的熱值記錄表。

通過對圖1、圖2、圖3的對比，我們發現，學生用自己實驗測量得到的數據計算出來的花生的熱值指數，與老師測量并計算的花生的熱值指數級都是106焦/千克。與課本提供的一些燃料的熱值指數級（107焦/千克）相比，食油比燃油的熱值少一個指數級，這是合理的。

這個對比，說明我們的創新實驗是成功的。

五、實驗的意義

本實驗的最大特點是好奇、好玩、容易完成、計算簡單。這個實驗選取生活食材——花生作為實驗燃料來進行完全燃燒，在實驗室用托盤天平稱量花生的質量比較容易，燃燒一?；ㄉ容^安全，而且可以實現花生的完全燃燒，并能夠順利收集花生燃燒時釋放的熱量，所以，在學校實驗室的條件下，能夠完全滿足探究燃料熱值實驗原理的要求，容易達到實驗的目的。學生在整個實驗過程中，實驗目的非常明確，注意力集中，信心滿滿，始終保持高漲的情緒。每個學生都能獨立完成這個實驗，并得出基本一致的結果。

實驗證明，創新的物理實驗能夠極大地提高學生對學習物理知識的積極性，也給課堂教學注入了鮮活的生命力，促進了物理課堂教學效率的提高。

六、本實驗與新能源開發相關聯的問題

新能源的定義，一般指在新技術基礎上加以開發利用的可再生能源，包括太陽能、生物質能、風能、地熱能、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等；此外，還有氫能、沼氣、酒精、甲醇等。新能源的特點主要有：1. 資源豐富，普遍具備可再生特性，可供人類永續利用；2. 能量密度低，開發利用需要較大空間；3. 不含碳或含碳量很少，對環境影響??；4. 分布廣，有利于小規模分散利用；5. 間斷式供應，波動性大，對持續供能不利；6. 除水電外，可再生能源的開發利用成本較化石能源高。諸如此類。（選自《BYD比亞迪，成就夢想 怎樣運作IT、汽車和新能源》）

煤炭、石油、天然氣、水能等已經被廣泛利用的常規能源，已經遠遠不能滿足人類對能源的需求，人類必須探索和開發各種新能源。

在不斷開發新能源支撐龐大的能源需求的同時，我們必須根據能量守恒定律，思考能源在節約和充分利用的過程中，利用空氣污染、廢物、有害輻射等危害性能源轉化為可循環再用性能源，實現能源的可持續發展。

新能源問題，有待我們不斷認識，不斷探索。因此，在物理課堂教學過程中，教師要不斷進行創新實驗，以適應新時代發展的需要。

責任編輯 羅峰