巧用礦泉水瓶設計氣體對外做功實驗

張 蓉 楊 梅 余文君

“做功可以改變物體的內能”即對物體做功,物體的內能會增加。那么,如果物體對外做功,內能會怎么變化呢?同學們可以自己動手利用身邊一些常見的廢舊物品來做實驗,體會“氣體對外做功,內能減少”。請同學們跟著我們做下面有趣的實驗吧!

1. 空礦泉水瓶一個,旋緊瓶蓋,如圖1所示。

2. 一只手握住礦泉水瓶上部分,一只手握住下部分,使勁擰礦泉水瓶下部,使其嚴重變形壓縮瓶內空氣,并保持這種狀態,如圖2所示。

3. 用大拇指迅速左旋松開瓶蓋,即可看到明顯的現象:瓶口和瓶內有淡淡的“薄霧”,如圖3和圖4所示。(由于瓶蓋沖出時速度很大,切勿將瓶蓋口對著自己和他人)

為什么會出現“白霧”呢?“白霧”主要是水蒸氣液化成小水滴的結果。水蒸氣又是怎樣液化成小水滴的呢?開始的時候,壓縮空瓶子,使瓶子里面的空氣溫度升高,即外界對空氣做功,空氣的內能增加。當打開瓶蓋的時候,瓶子里面的空氣對瓶蓋做功,溫度降低,瓶子里面的水蒸氣就液化成小水滴了!這個實驗說明了物體(空氣)對外界做功,內能減少。

同學們還可以思考:為什么瓶子的體積被壓縮得越小,瓶蓋彈出的距離越遠?同學們可以自己試一試,但要注意安全!