探究“食物中储存的能量”实验的装置改进

[摘 要]用废旧易拉罐改装成各种热量测定仪，用同一品种、数量的花生测定花生的热价，以各种热量测定仪所测得花生热价的多少来衡量测定仪的品质。通过方差分析选出了最能减少能量散失的Ⅵ号测定仪，并分析装置改装后的优缺点。

[关键词]热量测定仪 热价 方差分析 储存能量

[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2015）080128

探究“食物中储存的能量”的实验活动中，食物燃烧时热量的散失不可避免，成功的关键是最大限度地减少热量的散失。对此，笔者组织学生对该活动反复探究和交流讨论后，做了如下的改进。

一、实验材料准备

花生种子100粒（每粒重0.55～0.8g）、355mL易拉罐（瓶口直径恰好与容量为100mL的锥形瓶底相符）、天平、量筒、温度计、酒精灯、锥形瓶、解剖针、打孔的橡皮塞、火柴、剪刀、锡箔纸。

二、实验改进

1.实验装置的改装

（1）用与锥形瓶瓶口相符的橡皮塞打孔后将温度计固定后塞上。（2）实验用水，水量改用30mL，这样燃烧后可使水温升高30℃～60℃。（3）花生置于样品架上操作不利索，故可用解剖针直接插入花生助燃后迅速移入测定仪。

2.物理指标的测定及分析方法

（1）物理指标的测定：温度、Q值、热价、燃烧质量Δm、平均值。

3.热量测定仪的制作、选取和验证

（1）热量测定仪的具体制作方法

①取两个洗净的355mL的铝质易拉罐，同时都横切剪掉1/4，剩下有罐底的一部分；②取第一个易拉罐，在距罐底约2M处剪出一个约3.0M×2.5M的开口，开口对侧均匀挖出3个面积约1M2的小孔（通风孔）；从罐口沿瓶壁均匀剪出3条宽1M、深0.8M的铝条，并向内翻折铝条；最后用锡箔纸把罐的外壁包扎起来，留出开口和小孔；③取第二个易拉罐，沿罐۵壁垂直依次剪出深2M的铝条（铝条向外翻折成开花状）并剪出一个3.0M×2.5M的开®口；④按同一方向把第一个易拉罐牢牢套在第二个易拉罐的瓶口上，热量测定仪便制成了（见图1）。

（2）Ⅵ号热量测定仪的选取、验证

①筛选8个355mL的铝质易拉制成不同型号的热量测定仪，然后编号；②在同等实验条件下，用每个测定仪各测出6粒重约0.7g的同一品种的花生的热价，计算出各样本所测得的平均值；③测得平均值最高的样本为最佳对象――Ⅵ号热量测定仪；④利用样本的单¿因素方差分析验证各个热量测定仪是否存在极显著差异。

三、实验结果与讨论

在供试完成后的8个编好号码的测定仪中，Ⅵ号测定仪所测得的花生热价的平均值最高，为8.26kJ/g。随机选取4组数据列表-1进行样本的单因素方差分析，通过方差分析求得F值，得出的结果是各热量测定仪存在极显著差异，证明Ⅵ号热量测定仪为目前条件下的最佳首选。

花生实际热价为12.5kJ/g，与之相对应的实验结果测得8.26kJ/g，说明实验存在误差。出现误差的原因有：花生燃烧过程中冒出的大量“黑烟”含有碳，带走一部分能量；多次点燃花生损耗掉一部分热量；外界环境中的各种因素影响花生的充分燃烧；测定仪本身吸走一部分热量；量取水量时读数不够准确；等等。

该实验设计的精当之处为，花生与核桃富含油脂，储存能量较多，燃烧过程易操作；且♥大小适中，易于助燃，水温升高明显，误差小。再者，用35mL铝制的废旧➳易拉罐制作热量测定仪，环保、轻便、易取材、易制作；其瓶口恰好与容量为100mL的锥形瓶底部相符，加上向内翻折的铝片，牢牢支撑着锥形瓶，操作过程安全方便；瓶的外壁包上锡箔纸有辐射和减少散热的功效；瓶的通气孔直径在1cm左右较好，太小供氧不足，致使样品在燃烧过程中多次熄灭，太大又导致散热多，影响实验效果。另外，实验用水量取30mL，这样燃烧后水的升温范围处于30℃～60℃，操作过程中学生不易烫伤。