浅谈初中物理教材中比热容探究实验的不足及改进
窦元敏 雷登玉 简涵林 余天标
对于九年级人教版物理第十三章第三节《比热容》的实验版块的不足之处，本文结合笔者的教学经验谈谈看法.
1教材中实验的设置
比较不同物质的吸热情况.加热质量相同的水和食用油，使他们升高相同的温度，比较他们吸热的多少，观察两种物质的吸热情况是否存在差异.
实验器材：相同规格的加热器、玻璃杯、温度计等.
如教材图13.3-1和图13.3-2，利用电加热器加热水和食用油，电加热器每秒放出的热量是一定的，当它浸没在液体中时，可认为液体每秒吸收的热量相同.
思考怎样得到相同质量的水和油，怎样比较水和油吸收热量的多少，设计表格，记录并分析实验数据.
2实验中存在的不足之处
控制变量法是物理实验中常用的研究方法，即研究涉及多个变量的物理问题时，常常采取只允许一个条件改变，其他条件保持不变的方法进行探究.
教材中的实验控制了水、食用油的质量和温度变化量相同，研究它们吸热情况是否存在差异.表面上看似乎已经控制了所有的变量，但编者忽略了一点，水与食用油密度是不相同，ρ水=1.0×103 kg/m3，ρ油≈0.92×103 kg/m3，那么相同质量的水和食用油的体积是不同的：V水<V油，即它们在相同规格烧杯中的深度是不相同的.如教材中的图示，把相同规格加热器分别放入玻璃杯中，且都与杯底相接触，则加热器在液体中浸入的深度是不同，浸没深度的不同将造成食用油和水单位时间内吸收的热量并不相等，所以本实验中并不能直接得出油温上升快是因为比热容比水小的缘故，还有可能是加热器与油接触面积大造成的.对此笔者进行了实验探究和数据分析.
3实验探究
本实验采用eLab数字化实验系统V4.0物理实验专用软件进行实验数据的收集和处理，实验器材有温度传感器，烧杯，电炉丝，导线，学生电源，玻璃板，铁架台，电脑，水，食用油，天平，滴管等.
实验1该实验模拟了教材上的实验，如图1所示，烧杯中装有质量相同的水和食用油，将用电炉丝制成的加热器分别放入其中，使其都到达烧杯底部，用导线将电炉丝和学生电源连接起来，烧杯顶部用带孔的玻璃板盖住.
然后，将温度传感器一端浸入液体中，另一端与电脑相连.用eLab软件上进行数据处理，如图2所示.
通过温度传感器，用eLab软件得到食用油与水的温度变化关系.
通过表1数据分析，相同时间内，加热相同质量的食用油和水，食用油温度上升得比水快.但这个实验中，加热器与两种液体的接触面积是不一样的，所以没有做到相同的控制变量，部分学生会认为是油与加热器的接触面积大，从而导致吸收的热量多，温度上升快.因此，本文设计了第二个实验.
实验2该实验相比实验一的改进之处是将加热器浸入两种液体中的深度保持相同，如图3所示，同样利用eLab软件进行数据的收集与处理，如图4所示.
通过温度传感器采集数据，在eLab软件上得到食用油与水的温度变化关系.
表2的数据分析表明，当控制了加热器与液体接触面积相同时，相同时间内加热相同质量的食用油和水，食用油温度上升比水快，说明油的比热容比水小.
实验一和实验二数据表明，在相同时间内加热器的接触面积对液体的吸收的热量是有影响的，在实验一中，28 min内油的变化温度为7.22 ℃，在实验二中，28 min内油变化的温度为7.17 ℃，造成二者相同时间内温度变化不同的因素是加热器与油的接触面积不同.为了进一步验证，本文又设计了第三个实验.
实验3两杯质量相同的水，将加热器置于液体的不同深度处，如图5所示，通过温度传感器得出两杯水的温度变化关系.
表3数据表明，加热相同质量的水，由于加热器浸入的深度不同，水的温度变化也不相同，加热器浸入多的水中温度上升更快，所以验证了以上猜测，加热器浸入液体中的深度即加热器与液体的接触面积会对液体吸收的热量多少存在影响.
4实验改进方案
基于以上分析，表明加热器与液体的接触面积对液体吸收热量是存在影响的，教材实验中存在的主要问题是没有控制加热器与水和食用油的接触面积相同.因此，本文在此处提出实验的改进方案.
如图6所示，在两个相同规格加
热器上的同一位置（高度）处分别标上记号A、B，浸没液体时分别让A、B两标记点刚好接触到水和食用油的表面.使得它们浸入在水和食用油中的深度相同，从而保证了加热器与液体的接触面积相同.只有这样才能消除加热器与液体接触的面积大小对实验的干扰，确保相同时间内水和食用油吸收的热量相同.
在初中物理教学中，实验是必不可缺的部分，因此在设计实验方案的过程中，应该重视可能影响实验的全部因素，从而真正做到控制变量，确保实验的可行性和严谨性.
对于九年级人教版物理第十三章第三节《比热容》的实验版块的不足之处，本文结合笔者的教学经验谈谈看法.
1教材中实验的设置
比较不同物质的吸热情况.加热质量相同的水和食用油，使他们升高相同的温度，比较他们吸热的多少，观察两种物质的吸热情况是否存在差异.
实验器材：相同规格的加热器、玻璃杯、温度计等.
如教材图13.3-1和图13.3-2，利用电加热器加热水和食用油，电加热器每秒放出的热量是一定的，当它浸没在液体中时，可认为液体每秒吸收的热量相同.
思考怎样得到相同质量的水和油，怎样比较水和油吸收热量的多少，设计表格，记录并分析实验数据.
2实验中存在的不足之处
控制变量法是物理实验中常用的研究方法，即研究涉及多个变量的物理问题时，常常采取只允许一个条件改变，其他条件保持不变的方法进行探究.
教材中的实验控制了水、食用油的质量和温度变化量相同，研究它们吸热情况是否存在差异.表面上看似乎已经控制了所有的变量，但编者忽略了一点，水与食用油密度是不相同，ρ水=1.0×103 kg/m3，ρ油≈0.92×103 kg/m3，那么相同质量的水和食用油的体积是不同的：V水<V油，即它们在相同规格烧杯中的深度是不相同的.如教材中的图示，把相同规格加热器分别放入玻璃杯中，且都与杯底相接触，则加热器在液体中浸入的深度是不同，浸没深度的不同将造成食用油和水单位时间内吸收的热量并不相等，所以本实验中并不能直接得出油温上升快是因为比热容比水小的缘故，还有可能是加热器与油接触面积大造成的.对此笔者进行了实验探究和数据分析.
3实验探究
本实验采用eLab数字化实验系统V4.0物理实验专用软件进行实验数据的收集和处理，实验器材有温度传感器，烧杯，电炉丝，导线，学生电源，玻璃板，铁架台，电脑，水，食用油，天平，滴管等.
实验1该实验模拟了教材上的实验，如图1所示，烧杯中装有质量相同的水和食用油，将用电炉丝制成的加热器分别放入其中，使其都到达烧杯底部，用导线将电炉丝和学生电源连接起来，烧杯顶部用带孔的玻璃板盖住.
然后，将温度传感器一端浸入液体中，另一端与电脑相连.用eLab软件上进行数据处理，如图2所示.
通过温度传感器，用eLab软件得到食用油与水的温度变化关系.
通过表1数据分析，相同时间内，加热相同质量的食用油和水，食用油温度上升得比水快.但这个实验中，加热器与两种液体的接触面积是不一样的，所以没有做到相同的控制变量，部分学生会认为是油与加热器的接触面积大，从而导致吸收的热量多，温度上升快.因此，本文设计了第二个实验.
实验2该实验相比实验一的改进之处是将加热器浸入两种液体中的深度保持相同，如图3所示，同样利用eLab软件进行数据的收集与处理，如图4所示.
通过温度传感器采集数据，在eLab软件上得到食用油与水的温度变化关系.
表2的数据分析表明，当控制了加热器与液体接触面积相同时，相同时间内加热相同质量的食用油和水，食用油温度上升比水快，说明油的比热容比水小.
实验一和实验二数据表明，在相同时间内加热器的接触面积对液体的吸收的热量是有影响的，在实验一中，28 min内油的变化温度为7.22 ℃，在实验二中，28 min内油变化的温度为7.17 ℃，造成二者相同时间内温度变化不同的因素是加热器与油的接触面积不同.为了进一步验证，本文又设计了第三个实验.
实验3两杯质量相同的水，将加热器置于液体的不同深度处，如图5所示，通过温度传感器得出两杯水的温度变化关系.
表3数据表明，加热相同质量的水，由于加热器浸入的深度不同，水的温度变化也不相同，加热器浸入多的水中温度上升更快，所以验证了以上猜测，加热器浸入液体中的深度即加热器与液体的接触面积会对液体吸收的热量多少存在影响.
4实验改进方案
基于以上分析，表明加热器与液体的接触面积对液体吸收热量是存在影响的，教材实验中存在的主要问题是没有控制加热器与水和食用油的接触面积相同.因此，本文在此处提出实验的改进方案.
如图6所示，在两个相同规格加
热器上的同一位置（高度）处分别标上记号A、B，浸没液体时分别让A、B两标记点刚好接触到水和食用油的表面.使得它们浸入在水和食用油中的深度相同，从而保证了加热器与液体的接触面积相同.只有这样才能消除加热器与液体接触的面积大小对实验的干扰，确保相同时间内水和食用油吸收的热量相同.
在初中物理教学中，实验是必不可缺的部分，因此在设计实验方案的过程中，应该重视可能影响实验的全部因素，从而真正做到控制变量，确保实验的可行性和严谨性.
