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一个简单易做效果明显的实验——将内能转化为机械能实验的改进

  • 投稿LeeJ
  • 更新时间2015-09-14
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江苏省泰州市高港实验学校 (225323)戴同兰李虎

1前言

苏科版物理9年级上册P50活动12.7“观察点火爆炸现象——将内能转化为机械能”的实验中,使用电子式火花发生器点燃酒精,由酒精燃烧生成的高温高压的燃气对塑料盒盖做功,如图1所示,说明内能可以转化为机械能。

2原实验不足之处

该实验的实验器材较难准备,而且实验有一定的危险性,所以绝大多数教师上课时都不做这个实验,而是用改进实验来代替,如图2所示。向一个大口径的厚玻璃瓶中注入少量水,用带有导管的橡皮塞将瓶子塞紧,通过塞子上的导管往瓶子里打气,结果发现当塞子从瓶口跳起来时,瓶口出现“白气”。产生该现象的原因是:瓶中气体对塞子做功,气体内能减小,温度降低,瓶中水蒸气液化成小水珠浮在空气中,这就是实验中看到的“白气”。该实验同样能说明内能可以转化为机械能。该实验器材易找,且该实验存在的缺陷是:若瓶塞塞得太紧,往瓶里打气打得太多,瓶塞跳起程度较大,易打到瓶子或桌子上(瓶塞上有一段是玻璃的)发生危险。若瓶塞塞得不紧,往瓶子里面打少量的气,瓶塞就跳起,现象又不明显。

如图2所示为新人教版物理9年级上册P9的演示实验。在烧瓶(或可乐瓶)内盛少量水,往瓶内打气,当瓶塞跳出时,观察瓶内的变化。在上述实验中,通过什么途径改变了玻璃筒和烧瓶内空气的内能?

瓶内水面上方存在着无色透明的水蒸气,当塞子跳起来时,可以看到瓶内出现白雾,说明水蒸气液化成了可以看到的小水滴。在这个过程中,气体膨胀对外做功,温度降低,内能减小。

上面两个演示实验基本上是教师做,学生看。虽然学生看得有趣,但只是走马观花的看,印象不太深。而且这两个演示实验都存在一定的安全隐患。笔者经过对比并实际操作,对该实验做了如下改进。

3改进实验

取一空矿泉水瓶,往里面倒少量水,晃动几下后倒掉,用塞子塞紧,然后在瓶子的中间用力弯曲一下,再两手向相反方向旋转,使瓶内气体压缩,当旋转到不能再转动时,将瓶盖对着墙壁(或背对人),使瓶盖略为松动一下,然后再用力一挤,此时瓶塞跳出去很远(若打到墙上,会发出“叭”的一声),同时看到瓶口冒出很多白气(瓶内也是雾气腾腾),且持续时间较长。

4小结

改进后的实验,器材易找,操作简单,现象明显,可以变演示实验为学生实验,使每个学生都能积极参与,亲自动手操作。不仅能加深学生对实验现象本身的记忆和知识的理解,而且还能调动学生探究问题的欲望,激发学生的创新精神。

收稿日期:2014-05-29