做功改变物体内能的实验改进

刘立华

（固安县第二中学 河北 廊坊 065500）

李洪清

（固安县教育局 河北 廊坊 065500）

人教版九年级物理课本，第十三章第2节“内能”中，做功改变物体内能的实验.

如图1（a）所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小团硝化棉，迅速向下压活塞，硝化棉会立即燃烧起来.

如图1（b）所示烧瓶（或可乐瓶）内盛少量水，给瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化.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，内能减少.

图1

课本中采用的方法，虽然气体做功的现象较明显，但图1（a）实验成功率低，有经验的教师也不能保证每次都成功，而且有危险，容易使手受到损伤.图1（b）实验，主要是气体对外做功，气体内能减少，温度降低，但不能直接地显示出内能减少，温度降低的现象，只能通过有白雾说明内能降低，可信度低.而且图1（b）实验的前半个过程，是对图1（a）实验的重复，如何将两个实验结合在一起，克服实验中的不足，而且效果明显，可操作性强呢？针对这种情况，对实验进行了改进.

1 器材

（1）做化学实验的启普发生器中的葫芦状球形容器一只，装有导气管 （新式的葫芦状球形容器上直接有玻璃导气管），型号大、中、小均可以，配套的橡胶塞2个，打孔器1个.

（2）数字式电子温度计1只，配有热敏电阻传感器，线长1m.

（3）实验室两用打气筒1支，打孔器，橡皮胶管60cm，呢绒细线长约30cm，少量酒精和水.

2 实验装置

（1）将启普发生器中的葫芦状球形容器部分放在水平桌面上，在橡胶塞1（适合下球侧壁孔）中央用打孔器打一细孔，再将电子温度计的探头导线穿过橡胶塞细孔，探头露出约3cm，然后用蜡封严，取下葫芦状球形容器下球孔上的盖子，把橡胶塞用力塞入下球侧壁孔上，为了防止实验中将探头导线拽出，可以用橡皮筋将探头的导线固定在开口上，探头导线的另外一端与电子温度计连好.

（2）取橡胶塞2，用准备好的呢绒细线一端拴住橡胶塞（可以用细铁丝帮助加固），另一端拴在两球中间较细的部分，把橡胶塞按在启普发生器中的葫芦状球形容器部分正上方的孔上，不要压得太紧.

（3）把橡皮胶管一端与启普发生器中的葫芦状球形容器部分上球侧孔的导气管相连，新式启普发生器中的葫芦状球形容器部分直接是玻璃导气管，可直接用橡胶管相连即可；旧式启普发生器中的葫芦状球形容器部分是个侧孔，需要用胶塞和玻璃弯管制造导气管再相连.另一端与两用打气筒相连，必要时用细线将橡胶管两端固定.橡皮胶管长大约60 cm.

实验装置如图2.

图2 实验装置实物图

3 操作过程及现象

（1）按图2组装好后，在启普发生器中的葫芦状球形容器部分中加入少量水，约10ml，在滴入2～3滴酒精，因为酒精比水更易挥发，蒸汽密度大，目的是使塞子冲出时瓶内酒精蒸汽遇冷液化成雾状的现象更明显.

（2）将数字温度计装好电池，拨到ON位置，并记录此时温度，此温度就是室内温度，记录为 “初始温度”.

（3）用两用打气筒开始打气，同时观察温度计，温度计的示数开始上升，继续用两用打气筒打气，直到塞子被气体推开时，此时温度计的示数最大，温度高于室内温度，记录为 “打气时最高温”；同时观察橡皮塞冲开时，瓶口和瓶内出现大量白雾，并且温度计的示数开始下降，达到最低值，此温度低于室内温度，记录为 “塞子喷出后最低温”.然后温度计的示数缓慢回升到室温.把初始温度、最高温度、最低温度记录于表格.依据以上步骤再做5次.

示例：将橡胶塞压紧，初温26.0℃，打气2次温度计示数为26.6℃，打气到第4次温度计示数为27.0℃，打气到第5次温度计示数为27.2℃，为最高温.塞子喷出.塞子喷出后温度计示数为24.3℃，然后又回升到初温26.0℃.从开始打气到使塞子喷出，打气的具体次数与橡胶塞的压紧程度有关.

（4）实验完毕，将橡胶塞和橡胶管取下，将水和酒精从启普发生器中的葫芦状球形容器部分的顶部孔倒出，将容器清洗干净，将电子温度计的开关拨到OFF.

（5）实验记录表格

表1 实验记录表格

4 实验装置改进后的好处

（1）此实验可见度大，安全性高，可由演示实验变为分组实验.

（2）此实验有较大的响声，吸引了学生的注意力，对实验有深刻的印象.

（3）此实验装置使做功改变内能的变化变成具体的温度示数变化，使模糊的实验现象变得清楚准确，实现了实验结果由定性向定量的转变.

（4）此实验能将本节两个实验装置合二为一，减轻了教师的负担.

（5）此实验取材方便，省时省力.

1 人民教育出版社课程教材研究所.九年级物理.北京：人民教育出版社，2013.6