做功改變物體內能的實驗改進

在初中物理《內能》一節的教學中，教師通常采用如圖1所示的兩個演示實驗來說明做功可以改變氣體內能。圖中甲實驗說明對氣體做功，氣體內能增加，硝化棉燃燒。但實驗成功率較低，有時候打壓幾次才能成功一次，太浪費時間。為了提高該實驗的成功率，我把原實驗筒內硝化棉換成火柴頭，幾乎每次實驗都能成功，實驗效果也更明顯。乙實驗說明氣體對外做功，氣體內能減少。但由于實驗器材中廣口瓶較小，教師在講臺上演示時，離學生較遠，產生的白霧少，持續時間又短，學生不容易觀察到實驗現象。因此，為了提高課堂實驗效果，我在教學中對乙實驗進行了如下改進：

圖1

【實驗器材】大飲料瓶（要求筒壁堅硬厚實），橡膠塞2個，自行車輪胎充氣閥，打氣筒，打孔器，電子數顯溫度計，密封膠。

【實驗裝置制作過程】1.如圖2，在一個橡膠塞上用打孔器打兩個孔，一個用來安裝自行車輪胎充氣閥，另一個用來安裝電子數顯溫度計。

圖2

2.如圖3，在飲料瓶一側中部靠下一點的位置打孔（孔的大小為剛好能塞入圖2兩孔的橡膠塞），把裝有充氣閥和溫度計的兩孔橡膠塞塞入所打的孔中，使溫度計的探頭伸入瓶內，用密封膠粘緊密封，保證其氣密性良好。

圖3

3.在瓶內放入少量的酒精，然后用另一個無孔的橡膠塞塞緊飲料瓶的瓶口。

【實驗過程及現象】1.將打氣筒連接到充氣閥上，快速向瓶內連續打氣，使瓶內氣壓大大增加，在瓶口的塞子將要蹦起前，讀取溫度計的示數為t1。

2.再繼續用打氣筒打氣，瓶口的塞子蹦起瞬間，瓶內出現大量白霧。此時，可以讓學生用手指去摸瓶口，有一種涼涼的感覺，讀取溫度計的示數為t2。比較t1、t2，會發現t2＜t1，說明氣體對外做功時，內能減小，溫度降低，酒精蒸氣發生了液化現象，形成了白霧。

3.在瓶中白霧沒消失前再迅速將無孔橡膠塞塞回瓶口，會發現瓶中白霧消失，說明橡膠塞塞回時對瓶內氣體做功，氣體內能增加，白霧又汽化變成酒精蒸氣，讀出此時溫度計的示數為t3，對比發現t3＞t2，這也可以驗證“對氣體做功，氣體內能增加”的結論。

【注意事項】1.選用飲料瓶時要求大且無色透明、筒壁比較厚實、硬度比較大，這樣氣體對瓶口塞子做功時，塞子沖出才能快，響聲大，瓶內白霧明顯，學生易觀察。

2.裝置密封性一定要好，要用密封膠密封橡膠塞上充氣閥、溫度計與兩孔接觸的邊緣和橡膠塞與瓶子側面的孔接觸的邊緣。

3.將原實驗中的“在瓶內放入少量的水”改為“放入少量的酒精”，因為酒精易揮發，塞子沖出時白霧產生得較多，實驗現象明顯。

【改進后的實驗裝置優點】1.實驗器材主要來自于生活，更能激發學生的興趣；

2.從側面給瓶內打氣更穩定，實驗現象可見度高，效果明顯；

3.用電子數顯溫度計測量實驗前后的溫度，讀數方便，精度高，通過前后溫度的對比，加強了學生對做功改變氣體內能的理解，在教學中起到了事半功倍的作用。