从决定买几颗糖开始的行动和思考——测定一颗糖的能量

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购买理由

值得买是个购物网站，所以我真的去买了几颗糖以及一大堆实验用品（其实也就是日常生活用品），但买买买显然不是主要的。主要的是，儿子学校有个作业，要做实验写小论文。看了半天备选的主题，最终选择了如何测定一颗糖的能量。于是，于是，就准备东西，和儿子一起做实验、拍照、写文章去了。

个人觉得，最后几段最为精华，但是不是太科幻了一点，于是儿子他们老师也不太能接受了。

【摘要】

一颗普通的陈皮糖到底含有多少能量？

我们通过两种方法测定和计算陈皮糖所含的能量，并比较两种方法测得结果的差异，并进而讨论能量测定方法的局限。

【关键词】

能量测定、糖、能量

【正文】

生活中有些人会很注意的去控制饮食，以保持适当的体重，避免太胖，那么日常的食品中含有多少能量呢，我们选择一颗陈皮糖来测定它所包含的能量。

一、构想

查询网络后获悉，目前测定物体能量的方法主要是燃烧和利用燃烧值计算。

决定尝试两种方法，并进行比较。

二、实验设计

目前尚无有效的方法直接测定物体的能量，参考了已由的一些方法后，决定采取糖燃烧，加热水，然后测定水的热量变化的方法，间接了解糖的能量。

实验需测定陈皮糖的质量、水的体积、水的温度，并将获得的数据代入公式取得结果。

三、实验过程

（一）燃烧实验

1.准备材料、工具。准备10颗陈皮糖、量筒、量杯、电子秤、酒精温度计、玻璃小碗、勺子、筷子、老虎钳、空罐子、直尺、便携炉、耐高温橡胶垫、架和水等。

（没什么高大上的东东，都是几块到几十块的小东西）

2.操作过程

（1）陈皮糖称重。取形状完好的陈皮糖10颗，以厨房用的电子秤称重。得到10颗陈皮糖的质量为38g，如下图。经计算，每颗陈皮糖的质量为3.8g。

（2）搭建加热灶。取一只空铁罐，剪去一块铁皮，制成简易的防风加热灶。放置玻璃碗。

（3）选择温度计，放置于合适的位置。如图。

（4）取水100ml。用量杯量取自来水100ml。测水温，为10℃，记录，水温与室温基本一致，如图。

（儿子，终于出镜一下。）

（5）点燃糖块。用勺子盛糖块，并混入灰，在便携炉的火焰上加热，直至糖块融化，并逐步开始燃烧。

（6）燃烧的糖块，加热冷水。将燃烧的糖块移入简易灶内加热小碗中的水，用筷子搅动促进糖块各部分的充分燃烧。

（要控制好，其实有点难的。）

（7）燃烧基本停止时记录水温。水温为41℃，上升了31℃。

（8）称量燃烧后灰烬的质量。小于1g。

（9）重复试验。重新取水，记录温度。取糖块点燃，加热，再记录温度。完成两次重复。

第二次试验，水温从9℃，上升到31℃。

第三次试验，水温从9℃，上升到43℃。

最后，决定取效果最好的第三次实验的结果为计算糖块能量的依据：一颗3.8g的糖块的燃烧使100ml水的温度上升了34℃。

（10）计算糖块的能量。

进一步请教初中科学教师后获得具体计算公式。

3.实验过程中操作的改进

（1）用筷子夹取糖块在便携炉的火焰上加热，糖块开始融化，但并没有燃烧。其后，上网查询相关信息，了解到糖块在混入灰后，可充分燃烧。再次实验时改用勺子盛糖块并加入少许灰。

（2）用勺子盛糖块，中央部分糖块融化但未燃烧。再次实验时，用不锈钢筷子对勺子内正在燃烧的糖块进行搅动促进各部分的充分燃烧。

（二）燃烧值计算实验

进一步请教初中科学教师后获得另一种糖块能量的计算公式。

固体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式：Q放= mq

Q表示热量（J）；q表示热值，也称为燃烧值（J/kg）；m表示固体燃料的质量（kg）

蔗糖的热值为4.6 kCal/g＝18.4 kJ/g。

Q放= mq

由于电子秤精度的问题，无法准确的称量燃烧剩余黑色物体的质量。电子秤最小的称量单位是1g，考虑到陈皮糖中也含有一定量的其他物质，假设杂质的质量为1g，代入计算。

四、实验数据分析

虽然由于实验条件和实验设计等局限，两种实验方法都包含了一些不确定的情况，但实验结果是可以反映出真实情况和趋势的。

对比两种方法取得的陈皮糖所含的能量的数据，差距明显。燃烧值计算法获得的数据是燃烧法的3.6倍。回顾实验过程，我们觉得这种差距是有理由的，燃烧的过程中不仅有效的加热了玻璃碗中的水，也加热了那个自制的炉灶、周围的空气、玻璃碗、勺子和筷子等，再考虑到燃烧本身还可能并未达到100%的充分。

根据实验结果，我们可以判断，在燃烧加热水的过程中真正有效被利用的能量，不到总能量的30%。

五、讨论，关于分子能量与原子能量

2019年农历新年的春节假期中，我们观看了电影《流浪地球》以及许多科幻迷对于影片中行星发动机是否能推动地球的讨论，这让我意识到以上所有的构想和实验实际都未能切实的回答“一颗陈皮糖的能量”的问题。

目前，人类对能源的利用，煤、石油、天然气等，主要在分子层级；只有核电的能源来自于原子层级。我们的实验中燃烧所使用的能源也是分子层级的，如果未来能有技术使用陈皮糖中原子的能源，那么一颗3.8g的陈皮糖的能量可以驱动整个杭州。

使用感受

第一次意识到几颗糖还能发挥那么大的作用。从眼前的操作性困难，到人类能源，想到的问题也会很多。学术界一般用实务一词泛指实践的例子，动手做一下，理论和实务确实还是很不同的。即便是这么一个已经老旧、误差巨大，甚至觉得很不科学的科学小实验，可玩性也还可以。