巧用可樂瓶做《科學(xué)》實驗（二則）

初中《科學(xué)》教材在課程內(nèi)容編排上，將以往的生物、地理、化學(xué)、物理諸課程有機地穿插連貫起來。在實驗方面，除了演示實驗和分組實驗之外，還有實驗與制作及研究性學(xué)習(xí)課題等內(nèi)容。著力于培養(yǎng)學(xué)生的探索性思維和創(chuàng)新能力。本文介紹用可樂瓶（即能耐壓的碳酸飲料瓶）制作物體浮沉的條件演示器和氣體做功內(nèi)能減少演示器，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提高學(xué)習(xí)興趣，通過實踐使學(xué)生對課文內(nèi)容有更深刻的理解。

一 物體浮沉條件演示器的制作

一個物體在液體（或氣體）中，要受到兩個力的作用：一是重力G，豎直向下，二是浮力F浮，豎直向上。這兩個力的大小關(guān)系，決定了物體的浮沉。有三種情況：F浮G時，物體上??；F浮=G時，物體處于懸浮狀態(tài)，即物體可在液體內(nèi)任一位置停留（也可在液面停留，這是懸浮的一個特殊情況，稱為F浮）。課文以灌沙的乒乓球為例，如多灌沙使F浮G，則上浮。最難的是灌沙要恰到好處，使F浮=G，使物體處于懸浮狀態(tài)，但這種情況實際上較難做到。如果第一天調(diào)好G=F浮，第二天室溫變了，G浮就起了變化，又得重新調(diào)整，所以要做到處于懸浮狀態(tài)的實驗是很麻煩的。課本上用一個上、下各有一小孔的透明球來模擬潛水艇的浮沉，透明球的上孔的上端用皮管與一針筒相連，用針筒活塞的抽送來控制球內(nèi)水的多少。如球內(nèi)的水增多，就等于物體的重力增大，而乒乓球體積不變，故排水量不變，所以浮力也不變，物體就下沉。如果針筒打氣，使球內(nèi)排出一部分水，則F浮>G，球上浮。用針筒調(diào)節(jié)球內(nèi)水量的多少，使F浮=G，使球處于懸浮狀態(tài)。做這個實驗，使球和球內(nèi)的水連為一體，球的體積不變，即球所受的浮力不變，內(nèi)部水的多少使整體重力在變，潛水艇的浮沉就是基于這個原理。按照上述浮沉的三種情況，我們可以設(shè)法使物體的重量不變，而是改變物體的體積，也可使物體處于下沉、上浮、懸浮三種狀態(tài)?，F(xiàn)在我們用一只500ml的可樂瓶（碳酸飲料瓶）和一只雙黃連口服液的空瓶就可做成一個重力不變、只改變體積的物體浮沉條件演示器。

1.實驗器材

500ml透明可樂瓶一只（其他如礦泉水瓶、橙汁瓶的瓶壁太薄，最好不用；雙黃連口服液瓶，瓶的顏色最好是無色透明的，外徑要小于可樂瓶口的內(nèi)徑，瓶的高度不小于6cm）。

2.制作方法

將可樂瓶裝滿水或口服液瓶灌水，約占口服液瓶容積的2/3，用一紙條浸水后封住口服液瓶口，將它倒置，放入可樂瓶中，抽出紙條。在操作過程中，可樂瓶中溢出部分水，應(yīng)再灌水，使口服液瓶底部基本上與可樂瓶口持平，口服液瓶（已成為浮沉筒，以后改稱浮沉筒）處于漂浮狀態(tài)。如筒上浮太高，說明筒內(nèi)空氣太多，以后無法實驗。筒必須取出重新灌水。如筒下沉，說明筒內(nèi)空氣太少，也必須重新操作?？傊?，經(jīng)過幾次操作之后，熟能生巧，實驗是很容易成功的。圖l就是浮沉筒插入可樂瓶口后的正確位置。

3.使用方法和原理

旋緊可樂瓶蓋子，可樂瓶不可放倒或倒置，演示時壓擠閉口的盛液筒（可樂瓶）。盛液筒的水受壓，只能擠向浮沉筒的空氣室，空氣受到壓擠，體積縮小，即浮沉筒排開水的體積（相當(dāng)于浮沉筒體積縮?。瑒tF浮G，則浮沉筒上浮。浮沉筒在上浮過程中，雙手又壓擠盛液筒，壓力恰到好處，使F浮=G，則浮沉筒處于懸浮狀態(tài)。該演示器最大的特點，可使浮沉筒在任何位置處于懸浮狀態(tài)。本演示器是以改變浮沉筒排開水的體積（相當(dāng)于浮沉筒體積縮小的大?。┒_到實驗的目的。本演示器材易找，可以每個學(xué)生動手，邊實驗邊總結(jié)，從而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、積極性和動手能力。

二 氣體做功內(nèi)能減少演示器的制作

我省初中《科學(xué)》教科書中有一章節(jié)，物體的內(nèi)能中提到外力對物體壓縮做功，可以使物體的內(nèi)能增加（物體溫度升高）。而物體對外膨脹做功，本身的內(nèi)能會減少（溫度降低）。在我省現(xiàn)用的高中物理教科書（試驗修訂本）第二冊也有物體的內(nèi)能的內(nèi)容（所講內(nèi)容深度有所不同）。說明外力對氣體做功，內(nèi)能增加溫度升高的儀器，高、初中均是用空氣壓縮引火儀。當(dāng)外力快速壓下空氣壓縮儀（可視為絕熱過程），筒內(nèi)燃點較低的浸過乙醚的棉花燃燒，間接證明這個過程溫度是升高的，空氣內(nèi)能增加。但是說明壓縮氣體對外做功時的實驗儀器卻不相同。高中的儀器用靈敏溫度計來驗證溫度的降低，但靈敏溫度計比較難找，在中學(xué)的實驗中用溫度傳感器為探頭，使溫度的變化變成電阻的變化，再變成電流的變化，經(jīng)過電流放大器使指針偏轉(zhuǎn)?！犊茖W(xué)》教科書中驗證溫度的降低是利用學(xué)生學(xué)習(xí)過物質(zhì)的特性汽化與液化，《科學(xué)》第三冊中學(xué)過為什么會降水等內(nèi)容間接證明了氣體對外做功，氣體溫度降低，從而說明內(nèi)能減少。本演示器用的材料和方法與教科書相比，做了一些改進。

說明：圖1中，1—可樂瓶；2—水；3—浮沉筒；4—空氣室。圖2中，1—透明可樂瓶；2—有孔橡皮塞；3—軟橡皮管（或乳膠管）；4—兩用氣筒。

1.實驗器材

透明的可樂瓶、兩用打氣筒、橡皮塞、軟橡皮管（或乳膠管）。

2.演示器裝置（如圖2所示）

3.使用方法和原理

拔出橡皮塞，往可樂瓶內(nèi)滴幾滴酒精（醫(yī)藥用、工業(yè)用或分析用的酒精均可），然后用橡皮塞塞緊可樂瓶口，軟橡

皮管另一端接兩用氣筒出口端，氣筒向可樂瓶里打氣。隨著不斷的打氣，瓶內(nèi)氣體壓強越來越大，最后壓縮氣體突然推開橡皮塞而做功。膨脹的氣體內(nèi)能減少，溫度降低，在瓶內(nèi)的酒精蒸氣突然遇冷而液化，凝結(jié)成霧狀。用肉眼就可以觀察到白茫茫的霧狀物。證明了氣體對外膨脹做功，溫度降低，內(nèi)能減少。本演示器有三大特點：（1）可樂瓶原是裝碳酸飲料的，耐壓性比玻璃瓶強，演示時無爆炸的危險，但氣體沖開橡皮塞突然膨脹時有響聲，操作時必須注意；（2）橡皮塞與橡皮管氣筒相連，橡皮塞不會飛得很遠而難以找到；（3）可樂瓶內(nèi)不必裝入少量的水，因為酒精蒸氣比水蒸氣更易凝結(jié)，實驗現(xiàn)象更加明顯。

〔責(zé)任編輯：高照〕