简易食物热量测定仪的改进
2022-06-08
摘 要 介绍了简易食物热量测定仪改进的背景、思路、过程及改进后的优点。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词 食物热量测定仪 改进 热价 热价提高率
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
“探究食物中储存的能量”活动是北师大版七年级生物教材中一个重要探究实验。实验教学中，笔者发现，教材中的简易食物热量测定仪虽然使用方便，能定量测出不同食物样品的热价，效果较好。但不尽完美，如：（1） 样品燃烧时，铁质的筒体温度较高，烫手，存在一定的安全隐患；（2） 部分热量散失，误差较大。此实验的关键是最大限度减少热量散失，降低实验误差。为解决实验中存在的问题，笔者提出了改进装置的设想，并对装置进行了改进。
1 设计原理
纸质、木质材料传热性低于铁质材料。
2 装置改进的设计思路
① 保留原装置的优点；
② 降低能量的散失，提高食物热量的利用率，减少实验误差；
③ 消除安全隐患；
④ 便于自制推广。
3 装置改进设计
（1） 装置设计。
① 改进后的装置外观、规格与原装置相似；
② 纸质材料、木质材料替代铁质材料；
（2） 制作材料、用具。
① 制作材料：
直径10～13 cm×高13～15 cm的纸质筒罐1个（如废弃的茶叶纸质筒罐、油漆纸质筒罐或其他高级礼品纸质筒罐）。直径0.2～0.3 cm、长20 cm小竹签2根（或废弃的竹筷、一次性筷子），细铁丝少许、50 mL试管1支、试管塞1个、温度计1支、橡胶塞1个。
② 用具：
夹钳、尺子、铅笔、纸片、剪刀、小刀、水泥铁钉、小铁锤、平口起子。
4 装置制作、组装
（1） 制作。
① 去掉罐底；② 在罐盖中央位置制作一个直径为3 cm的圆孔，罐盖边缘制作适量直径为0.3 cm的通气小孔；③ 在距罐顶部2 cm以下部位制作一个长轴为9 cm、短轴为4.5 cm的长椭圆形窗口；④ 在罐内距顶部5 cm正对长椭圆形窗口位置制作宽5 cm的样品支架（由2根小竹签制作而成）；⑤ 在罐内试距管架下方3.5 cm位置制作一个6 cm×4 cm的悬空样品架；⑥ 制作一个筒体塞，中央插入试管；⑦ 制作一个试管塞，中央制作插入温度计。
（2） 模型组装（图1）。
① 将温度计插入试管塞，试管塞插入试管，试管插入罐盖塞，罐盖塞插入罐盖中央的小孔；② 在筒体上装上样品支架；③ 样品支架上装上悬空样品架；④ 合上罐盖。
5 装置改进前、后实验数据对照
（1） 对照实验数据记录（表1）
食物样品热量计算公式：食物样品热量=（水的体积×水体温差×4.187焦耳）。
食物样品热价计算公式：食物样品热价=（水的体积×水体温差×4.187焦耳）÷样品质量。
食物样品热价提高率计算公式：〔（改进后热价-改进前热价）/改进前热价〕×100%。
（2） 对照实验数据分析。
① 实验数据对照：
改进前，花生热价：5.359 kJ，核桃热价：5.611kJ；改进后，花生热价：8.484 kJ，核桃热价：8.095 kJ。
② 改进后热价提高率：
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） 对照实验结论。
通过对改进前、后装置对照实验数据的分析，改进后的实验装置能提高食物样品利用率，提高热价，降低热量散失、减少实验误差。
7 装置改进后的优点
（1） 保留了原装置的优点。
（2） 消除了安全隐患。
装置改进前，主体为铁质材料，导热性强，实验结束时，装置筒体上部温度较高，烫手，存在一定的安全隐患。装置改进后，主体为纸质材料，实验结束时，筒体温度接近常温，不烫手，消除了实验中的安全隐患，提高了食物热量的利用率。
（3） 纸质材料（装置主体）、木质材料（装置样品支架）替代铁质材料，绝热性能好，热量散失少，提高了食物热量的利用率，降低实验误差。
（4） 制作简单、方便，易于自制推广。
改进前的装置，主体为铁质材料，制作时需使用切割机、电钻等大型电动工具，自制较为困难，不利于推广应用；改进后的实验装置，主体材料为纸质、木质材料，制作工具简单，易于自制加工，便于推广应用。
参考文献：
徐永强，徐??.“探究食物中储存的能量活动”装置的设计制作[J]，生物学通报，2012（10）：P44-45.
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关键词 食物热量测定仪 改进 热价 热价提高率
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
“探究食物中储存的能量”活动是北师大版七年级生物教材中一个重要探究实验。实验教学中，笔者发现，教材中的简易食物热量测定仪虽然使用方便，能定量测出不同食物样品的热价，效果较好。但不尽完美，如：（1） 样品燃烧时，铁质的筒体温度较高，烫手，存在一定的安全隐患；（2） 部分热量散失，误差较大。此实验的关键是最大限度减少热量散失，降低实验误差。为解决实验中存在的问题，笔者提出了改进装置的设想，并对装置进行了改进。
1 设计原理
纸质、木质材料传热性低于铁质材料。
2 装置改进的设计思路
① 保留原装置的优点；
② 降低能量的散失，提高食物热量的利用率，减少实验误差；
③ 消除安全隐患；
④ 便于自制推广。
3 装置改进设计
（1） 装置设计。
① 改进后的装置外观、规格与原装置相似；
② 纸质材料、木质材料替代铁质材料；
（2） 制作材料、用具。
① 制作材料：
直径10～13 cm×高13～15 cm的纸质筒罐1个（如废弃的茶叶纸质筒罐、油漆纸质筒罐或其他高级礼品纸质筒罐）。直径0.2～0.3 cm、长20 cm小竹签2根（或废弃的竹筷、一次性筷子），细铁丝少许、50 mL试管1支、试管塞1个、温度计1支、橡胶塞1个。
② 用具：
夹钳、尺子、铅笔、纸片、剪刀、小刀、水泥铁钉、小铁锤、平口起子。
4 装置制作、组装
（1） 制作。
① 去掉罐底；② 在罐盖中央位置制作一个直径为3 cm的圆孔，罐盖边缘制作适量直径为0.3 cm的通气小孔；③ 在距罐顶部2 cm以下部位制作一个长轴为9 cm、短轴为4.5 cm的长椭圆形窗口；④ 在罐内距顶部5 cm正对长椭圆形窗口位置制作宽5 cm的样品支架（由2根小竹签制作而成）；⑤ 在罐内试距管架下方3.5 cm位置制作一个6 cm×4 cm的悬空样品架；⑥ 制作一个筒体塞，中央插入试管；⑦ 制作一个试管塞，中央制作插入温度计。
（2） 模型组装（图1）。
① 将温度计插入试管塞，试管塞插入试管，试管插入罐盖塞，罐盖塞插入罐盖中央的小孔；② 在筒体上装上样品支架；③ 样品支架上装上悬空样品架；④ 合上罐盖。
5 装置改进前、后实验数据对照
（1） 对照实验数据记录（表1）
食物样品热量计算公式：食物样品热量=（水的体积×水体温差×4.187焦耳）。
食物样品热价计算公式：食物样品热价=（水的体积×水体温差×4.187焦耳）÷样品质量。
食物样品热价提高率计算公式：〔（改进后热价-改进前热价）/改进前热价〕×100%。
（2） 对照实验数据分析。
① 实验数据对照：
改进前，花生热价：5.359 kJ，核桃热价：5.611kJ；改进后，花生热价：8.484 kJ，核桃热价：8.095 kJ。
② 改进后热价提高率：
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） 对照实验结论。
通过对改进前、后装置对照实验数据的分析，改进后的实验装置能提高食物样品利用率，提高热价，降低热量散失、减少实验误差。
7 装置改进后的优点
（1） 保留了原装置的优点。
（2） 消除了安全隐患。
装置改进前，主体为铁质材料，导热性强，实验结束时，装置筒体上部温度较高，烫手，存在一定的安全隐患。装置改进后，主体为纸质材料，实验结束时，筒体温度接近常温，不烫手，消除了实验中的安全隐患，提高了食物热量的利用率。
（3） 纸质材料（装置主体）、木质材料（装置样品支架）替代铁质材料，绝热性能好，热量散失少，提高了食物热量的利用率，降低实验误差。
（4） 制作简单、方便，易于自制推广。
改进前的装置，主体为铁质材料，制作时需使用切割机、电钻等大型电动工具，自制较为困难，不利于推广应用；改进后的实验装置，主体材料为纸质、木质材料，制作工具简单，易于自制加工，便于推广应用。
参考文献：
徐永强，徐??.“探究食物中储存的能量活动”装置的设计制作[J]，生物学通报，2012（10）：P44-45.