做功改變物體內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

劉立華

（固安縣第二中學(xué) 河北 廊坊 065500）

李洪清

（固安縣教育局 河北 廊坊 065500）

人教版九年級物理課本，第十三章第2節(jié)“內(nèi)能”中，做功改變物體內(nèi)能的實(shí)驗(yàn).

如圖1（a）所示，在一個(gè)配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小團(tuán)硝化棉，迅速向下壓活塞，硝化棉會立即燃燒起來.

如圖1（b）所示燒瓶（或可樂瓶）內(nèi)盛少量水，給瓶內(nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時(shí)，觀察瓶內(nèi)的變化.塞子跳起來時(shí)可以看到瓶內(nèi)出現(xiàn)白霧，說明水蒸氣液化成了可以看到的小水滴.在這個(gè)過程中氣體膨脹對外做功，溫度降低，內(nèi)能減少.

圖1

課本中采用的方法，雖然氣體做功的現(xiàn)象較明顯，但圖1（a）實(shí)驗(yàn)成功率低，有經(jīng)驗(yàn)的教師也不能保證每次都成功，而且有危險(xiǎn)，容易使手受到損傷.圖1（b）實(shí)驗(yàn)，主要是氣體對外做功，氣體內(nèi)能減少，溫度降低，但不能直接地顯示出內(nèi)能減少，溫度降低的現(xiàn)象，只能通過有白霧說明內(nèi)能降低，可信度低.而且圖1（b）實(shí)驗(yàn)的前半個(gè)過程，是對圖1（a）實(shí)驗(yàn)的重復(fù)，如何將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，克服實(shí)驗(yàn)中的不足，而且效果明顯，可操作性強(qiáng)呢？針對這種情況，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn).

1 器材

（1）做化學(xué)實(shí)驗(yàn)的啟普發(fā)生器中的葫蘆狀球形容器一只，裝有導(dǎo)氣管 （新式的葫蘆狀球形容器上直接有玻璃導(dǎo)氣管），型號大、中、小均可以，配套的橡膠塞2個(gè)，打孔器1個(gè).

（2）數(shù)字式電子溫度計(jì)1只，配有熱敏電阻傳感器，線長1m.

（3）實(shí)驗(yàn)室兩用打氣筒1支，打孔器，橡皮膠管60cm，呢絨細(xì)線長約30cm，少量酒精和水.

2 實(shí)驗(yàn)裝置

（1）將啟普發(fā)生器中的葫蘆狀球形容器部分放在水平桌面上，在橡膠塞1（適合下球側(cè)壁孔）中央用打孔器打一細(xì)孔，再將電子溫度計(jì)的探頭導(dǎo)線穿過橡膠塞細(xì)孔，探頭露出約3cm，然后用蠟封嚴(yán)，取下葫蘆狀球形容器下球孔上的蓋子，把橡膠塞用力塞入下球側(cè)壁孔上，為了防止實(shí)驗(yàn)中將探頭導(dǎo)線拽出，可以用橡皮筋將探頭的導(dǎo)線固定在開口上，探頭導(dǎo)線的另外一端與電子溫度計(jì)連好.

（2）取橡膠塞2，用準(zhǔn)備好的呢絨細(xì)線一端拴住橡膠塞（可以用細(xì)鐵絲幫助加固），另一端拴在兩球中間較細(xì)的部分，把橡膠塞按在啟普發(fā)生器中的葫蘆狀球形容器部分正上方的孔上，不要壓得太緊.

（3）把橡皮膠管一端與啟普發(fā)生器中的葫蘆狀球形容器部分上球側(cè)孔的導(dǎo)氣管相連，新式啟普發(fā)生器中的葫蘆狀球形容器部分直接是玻璃導(dǎo)氣管，可直接用橡膠管相連即可；舊式啟普發(fā)生器中的葫蘆狀球形容器部分是個(gè)側(cè)孔，需要用膠塞和玻璃彎管制造導(dǎo)氣管再相連.另一端與兩用打氣筒相連，必要時(shí)用細(xì)線將橡膠管兩端固定.橡皮膠管長大約60 cm.

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2.

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖

3 操作過程及現(xiàn)象

（1）按圖2組裝好后，在啟普發(fā)生器中的葫蘆狀球形容器部分中加入少量水，約10ml，在滴入2～3滴酒精，因?yàn)榫凭人讚]發(fā)，蒸汽密度大，目的是使塞子沖出時(shí)瓶內(nèi)酒精蒸汽遇冷液化成霧狀的現(xiàn)象更明顯.

（2）將數(shù)字溫度計(jì)裝好電池，撥到ON位置，并記錄此時(shí)溫度，此溫度就是室內(nèi)溫度，記錄為 “初始溫度”.

（3）用兩用打氣筒開始打氣，同時(shí)觀察溫度計(jì)，溫度計(jì)的示數(shù)開始上升，繼續(xù)用兩用打氣筒打氣，直到塞子被氣體推開時(shí)，此時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)最大，溫度高于室內(nèi)溫度，記錄為 “打氣時(shí)最高溫”；同時(shí)觀察橡皮塞沖開時(shí)，瓶口和瓶內(nèi)出現(xiàn)大量白霧，并且溫度計(jì)的示數(shù)開始下降，達(dá)到最低值，此溫度低于室內(nèi)溫度，記錄為 “塞子噴出后最低溫”.然后溫度計(jì)的示數(shù)緩慢回升到室溫.把初始溫度、最高溫度、最低溫度記錄于表格.依據(jù)以上步驟再做5次.

示例：將橡膠塞壓緊，初溫26.0℃，打氣2次溫度計(jì)示數(shù)為26.6℃，打氣到第4次溫度計(jì)示數(shù)為27.0℃，打氣到第5次溫度計(jì)示數(shù)為27.2℃，為最高溫.塞子噴出.塞子噴出后溫度計(jì)示數(shù)為24.3℃，然后又回升到初溫26.0℃.從開始打氣到使塞子噴出，打氣的具體次數(shù)與橡膠塞的壓緊程度有關(guān).

（4）實(shí)驗(yàn)完畢，將橡膠塞和橡膠管取下，將水和酒精從啟普發(fā)生器中的葫蘆狀球形容器部分的頂部孔倒出，將容器清洗干凈，將電子溫度計(jì)的開關(guān)撥到OFF.

（5）實(shí)驗(yàn)記錄表格

表1 實(shí)驗(yàn)記錄表格

4 實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)后的好處

（1）此實(shí)驗(yàn)可見度大，安全性高，可由演示實(shí)驗(yàn)變?yōu)榉纸M實(shí)驗(yàn).

（2）此實(shí)驗(yàn)有較大的響聲，吸引了學(xué)生的注意力，對實(shí)驗(yàn)有深刻的印象.

（3）此實(shí)驗(yàn)裝置使做功改變內(nèi)能的變化變成具體的溫度示數(shù)變化，使模糊的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變得清楚準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果由定性向定量的轉(zhuǎn)變.

（4）此實(shí)驗(yàn)?zāi)軐⒈竟?jié)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置合二為一，減輕了教師的負(fù)擔(dān).

（5）此實(shí)驗(yàn)取材方便，省時(shí)省力.

1 人民教育出版社課程教材研究所.九年級物理.北京：人民教育出版社，2013.6