做功改變物體內能的實驗改進

劉立華

（固安縣第二中學 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“內能”中，做功改變物體內能的實驗.

如圖1（a）所示，在一個配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小團硝化棉，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）內盛少量水，給瓶內打氣，當瓶塞跳出時，觀察瓶內的變化.塞子跳起來時可以看到瓶內出現白霧，說明水蒸氣液化成了可以看到的小水滴.在這個過程中氣體膨脹對外做功，溫度降低，內能減少.

圖1

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

1 器材

（1）做化學實驗的啟普發生器中的葫蘆狀球形容器一只，裝有導氣管 （新式的葫蘆狀球形容器上直接有玻璃導氣管），型號大、中、小均可以，配套的橡膠塞2個，打孔器1個.

（2）數字式電子溫度計1只，配有熱敏電阻傳感器，線長1m.

（3）實驗室兩用打氣筒1支，打孔器，橡皮膠管60cm，呢絨細線長約30cm，少量酒精和水.

2 實驗裝置

（1）將啟普發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（適合下球側壁孔）中央用打孔器打一細孔，再將電子溫度計的探頭導線穿過橡膠塞細孔，探頭露出約3cm，然后用蠟封嚴，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壁孔上，為了防止實驗中將探頭導線拽出，可以用橡皮筋將探頭的導線固定在開口上，探頭導線的另外一端與電子溫度計連好.

（2）取橡膠塞2，用準備好的呢絨細線一端拴住橡膠塞（可以用細鐵絲幫助加固），另一端拴在兩球中間較細的部分，把橡膠塞按在啟普發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生器中的葫蘆狀球形容器部分上球側孔的導氣管相連，新式啟普發生器中的葫蘆狀球形容器部分直接是玻璃導氣管，可直接用橡膠管相連即可；舊式啟普發生器中的葫蘆狀球形容器部分是個側孔，需要用膠塞和玻璃彎管制造導氣管再相連.另一端與兩用打氣筒相連，必要時用細線將橡膠管兩端固定.橡皮膠管長大約60 cm.

實驗裝置如圖2.

圖2 實驗裝置實物圖

3 操作過程及現象

（1）按圖2組裝好后，在啟普發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，因為酒精比水更易揮發，蒸汽密度大，目的是使塞子沖出時瓶內酒精蒸汽遇冷液化成霧狀的現象更明顯.

（2）將數字溫度計裝好電池，撥到ON位置，并記錄此時溫度，此溫度就是室內溫度，記錄為 “初始溫度”.

（3）用兩用打氣筒開始打氣，同時觀察溫度計，溫度計的示數開始上升，繼續用兩用打氣筒打氣，直到塞子被氣體推開時，此時溫度計的示數最大，溫度高于室內溫度，記錄為 “打氣時最高溫”；同時觀察橡皮塞沖開時，瓶口和瓶內出現大量白霧，并且溫度計的示數開始下降，達到最低值，此溫度低于室內溫度，記錄為 “塞子噴出后最低溫”.然后溫度計的示數緩慢回升到室溫.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次溫度計示數為26.6℃，打氣到第4次溫度計示數為27.0℃，打氣到第5次溫度計示數為27.2℃，為最高溫.塞子噴出.塞子噴出后溫度計示數為24.3℃，然后又回升到初溫26.0℃.從開始打氣到使塞子噴出，打氣的具體次數與橡膠塞的壓緊程度有關.

（4）實驗完畢，將橡膠塞和橡膠管取下，將水和酒精從啟普發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，將電子溫度計的開關撥到OFF.

（5）實驗記錄表格

表1 實驗記錄表格

4 實驗裝置改進后的好處

（1）此實驗可見度大，安全性高，可由演示實驗變為分組實驗.

（2）此實驗有較大的響聲，吸引了學生的注意力，對實驗有深刻的印象.

（3）此實驗裝置使做功改變內能的變化變成具體的溫度示數變化，使模糊的實驗現象變得清楚準確，實現了實驗結果由定性向定量的轉變.

（4）此實驗能將本節兩個實驗裝置合二為一，減輕了教師的負擔.

（5）此實驗取材方便，省時省力.

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