食物样本的能量值

目的

通过燃烧花生、面包、薯片和椰肉等不同食物样本，并测量它们使定量水升高的温度，以测定并比较各食物样本的能量值（热值）。

变量

• 操纵变量：所燃烧食物样本的种类（如花生、面包、薯片、椰肉）。
• 应变变量：水温上升的幅度，用于计算每克食物释放的能量。
• 控制变量：沸腾管中水的体积、水的初始温度、火焰与沸腾管之间的距离、防风措施，以及所使用容器的种类。

材料与仪器

• 固定在固定针上的干燥食物样本（如花生、面包、薯片、椰肉）
• 沸腾管
• 水
• 温度计
• 铁架台与夹子
• 电子天平
• 火柴或打火机
• 挡风板
• 耐热垫

步骤

1. 用量筒量取定量的水（例如20立方厘米）倒入沸腾管中，并用温度计记录其初始温度。
2. 用电子天平称量食物样本，记录其质量。
3. 将食物样本固定在固定针上，放置在沸腾管正下方，并用铁架台将其固定在恒定高度。
4. 用火柴或打火机点燃食物样本，让它在沸腾管下完全燃烧，并用挡风板保护火焰不受气流影响。
5. 用温度计轻轻搅拌水，记录所达到的最高温度。
6. 计算温度上升幅度（终温减去初温），然后利用E = mcΔT ÷ 燃烧食物的质量计算每克食物的能量值，其中m为水的质量，c为水的比热容。
7. 对其余每个食物样本重复上述步骤，并保持水的体积及其他条件不变。

预期结果

燃烧每个食物样本使水升高的温度各不相同，这取决于该食物燃烧时每克释放的能量多寡。以下为一次课堂实验的典型结果。

结论

不同的食物样本燃烧时每克释放的能量各不相同。在本实验中，富含脂肪的食物，如花生和椰肉，每燃烧一克所引起的温度上升幅度，比以碳水化合物为主的食物（如面包和薯片）更大，说明脂肪的能量值普遍高于碳水化合物。

计算所得的能量值通常远低于食物包装上标示的真实能量值，因为燃烧产生的大部分热量散失到周围空气中，而不是用来加热水；因此该方法更适合用来比较不同食物样本之间的相对能量值，而不适合用来求得绝对能量值。

第三卷风格练习题

以下原创题目仿照第三卷的风格编写，用于练习本实验所考查的科学过程技能。

题目一（假设）。一名学生在两支相同的盛水沸腾管下燃烧质量相同的花生和饼干。

写出一个合适的假设。参考答案。

花生含有较多脂肪，每燃烧一克在水中引起的温度上升幅度比饼干大，因此它的能量值较高。

题目二（变量）。陈述操纵变量和应变量，并说明如何使一个控制变量保持不变。

参考答案。操纵变量：所燃烧食物样本的种类。

应变量：水的温度上升幅度。控制变量：水的体积，通过对每个样本都用量筒量取相同体积（如20立方厘米）来保持不变。

题目三（列表与计算）。一颗质量为0.40克的花生使20立方厘米的水升温25 °C。

取水的比热容为4.2 J g⁻¹ °C⁻¹，计算它以每克焦耳表示的能量值。参考答案。

水吸收的热量 = mcΔT = 20 × 4.2 × 25 = 2100 J；能量值 = 2100 ÷ 0.40 = 5250 J g⁻¹。

题目四（推论）。在一次试验中，椰肉样本引起的温度上升比同质量的花生样本小。

说明这一结果告诉你什么，并给出计算值低于食物标签数值的一个原因。参考答案。

椰肉每克释放的能量比花生少，因此能量值较低；计算值低于标签值，是因为大部分热量散失到周围环境而非用来加热水，且样本可能未完全燃烧。

安全事项

• 点燃食物样本前束起长发和宽松的衣袖，并使火焰远离其他易燃物。
• 只用固定针夹持燃烧中的样本，切勿用裸露的手指，因为火焰熄灭后样本仍然很烫。
• 将仪器放在耐热垫上，待沸腾管和固定针冷却后再触碰。
• 使沸腾管口背向自己和他人，并在通风良好的地方进行实验。

常见错误

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题