張皓洋

華東師范大學(xué)出版社出版的九年級上冊《科學(xué)》中，“物體的內(nèi)能”這一節(jié)有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別是“壓縮空氣發(fā)熱”和“蒸汽對外做功”。前者說明外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增加，后者說明氣體對外做功，氣體內(nèi)能減少。

有的老師在演示“壓縮空氣發(fā)熱”實(shí)驗(yàn)時(shí)，因操作不當(dāng)導(dǎo)致厚壁玻璃筒爆炸破裂，造成傷人事故。演示“蒸汽對外做功”實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果外界溫度較低，水沸騰后產(chǎn)生的高溫水蒸氣在試管口遇冷液化會出現(xiàn)水霧，不能很好地說明氣體內(nèi)能減小是由氣體對外做功引起的。

為了克服上述缺點(diǎn)，我整合了上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了“做功改變物體內(nèi)能”的實(shí)驗(yàn)裝置，通過該實(shí)驗(yàn)的直觀演示，得出“外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增加”和“氣體對外做功，氣體內(nèi)能減少”。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

一、實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用創(chuàng)新技法中的組合法，把“壓縮空氣發(fā)熱”和“蒸汽對外做功”實(shí)驗(yàn)巧妙地組合在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)中。

關(guān)閉閥門，對針筒中的氣體進(jìn)行壓縮做功，氣體內(nèi)能增加，探針溫度計(jì)示數(shù)上升，進(jìn)而說明壓縮空氣做功，內(nèi)能增加;打開閥門，壓縮的高壓氣體沖出，推動小葉輪轉(zhuǎn)動，探針溫度計(jì)示數(shù)降低，進(jìn)而說明氣體對外做功，內(nèi)能減少。

針筒內(nèi)的氣體被壓縮到一定程度后，想要繼續(xù)壓縮就需要較大的力，且固定活塞較難，于是我把玻璃膠槍用在了本裝置中。

二、材料準(zhǔn)備

玻璃膠槍，塑料大針筒，酸式滴定管，探針溫度計(jì)，卡紙，鐵絲，木板，螺絲釘，玻璃膠等。

三、裝置制作

1.針筒前端用玻璃膠連接酸式滴定管，該酸式滴定管上裝有閥門。

2.玻璃膠槍的推進(jìn)器通過螺絲釘固定在針筒活塞上。

3.針筒通過螺絲釘固定于玻璃膠槍內(nèi)。

4.在針筒的前端上方開一個(gè)小孔，插入探針溫度計(jì)，并用玻璃膠密封。

5.將玻璃膠槍固定在支架上，支架固定在底板上。

6.將酸式滴定管的管口對準(zhǔn)用瓶塞和卡紙制作的小葉輪，小葉輪以鐵絲為軸，被固定在底板上。

四、使用方法

1.關(guān)閉玻璃閥門，讀出探針溫度計(jì)的示數(shù)。

2.用手按壓玻璃膠槍，活塞壓縮空氣做功，探針溫度計(jì)的示數(shù)不斷增大。待示數(shù)穩(wěn)定，讀出探針溫度計(jì)的示數(shù)。

3.打開閥門，沖出的高壓氣體對小葉輪做功，使小葉輪轉(zhuǎn)動。探針溫度計(jì)的示數(shù)不斷減小，待示數(shù)穩(wěn)定，讀出探針溫度計(jì)的示數(shù)。

五、設(shè)計(jì)特色

1.裝置所用的探針溫度計(jì)、針筒等容易購買，并且價(jià)格便宜。廢棄的玻璃膠槍、卡紙被重新利用，節(jié)約環(huán)保。

2.該裝置運(yùn)用了玻璃膠槍，針筒內(nèi)的氣體被壓縮到一定程度后繼續(xù)壓縮需要較大的力，玻璃膠槍利用機(jī)械省力的原理壓縮空氣，并把受到壓縮空氣反作用力的活塞固定。

3.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作簡單，只需輕輕按壓玻璃膠槍以及調(diào)節(jié)閥門即可。探針溫度計(jì)的示數(shù)一目了然地反映出氣體的溫度變化，沖出的氣體做功使小葉輪轉(zhuǎn)動，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。

4.經(jīng)過改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)安全、成功率高，且可以多次重復(fù)演示，實(shí)用性強(qiáng)。