摘 要：筆者認(rèn)為教材中“做功改變物體內(nèi)能”實(shí)驗(yàn)存在問題，現(xiàn)利用注射器與LED溫度傳感器組合的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)塬@得更直觀的效果，并分析呈現(xiàn)改進(jìn)過程;將“對(duì)內(nèi)做功”“對(duì)外做功”改變物體內(nèi)能進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理.

關(guān)鍵詞：做功;內(nèi)能;注射器;溫度傳感器

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）06-0025-02

作者簡(jiǎn)介：周健（1980-），男，安徽濉溪人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué)及實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新.

《中學(xué)物理》2016年第14期刊登了鐘劍明、劉虹兩位老師撰寫的《用數(shù)值溫度計(jì)改進(jìn)做功改變物體內(nèi)能實(shí)驗(yàn)的探究》一文，筆者按照文章介紹器材（如圖1所示），進(jìn)行制作，效果較好.經(jīng)過深入思考及教學(xué)實(shí)踐，筆者對(duì)器材進(jìn)一步改進(jìn)，可以克服以下缺點(diǎn)：

（1）此器材較小，液晶顯示器亮度較差，不利于演示使用.

（2）用手握住注射器會(huì)發(fā)生熱傳遞導(dǎo)致內(nèi)部氣體溫度升高的問題.

（3）只能說明對(duì)物體做功，物體內(nèi)能增大;不能說明物體對(duì)外做功內(nèi)能減小.不利于學(xué)生對(duì)做功改變物體的內(nèi)能的整體建構(gòu).

基于以上考慮，為了更加直觀地得到結(jié)論，筆者利用注射器與LED溫度傳感器結(jié)合攻克以上缺點(diǎn)，制作了儀器.

1 注射器系列及改進(jìn)過程

1.1 主要器材

注射器2個(gè)（規(guī)格：200mL或250mL）、LED溫度傳感器、電源（根據(jù)溫度傳感器規(guī)格而定）、熱熔膠及熱熔膠槍、玻璃膠槍、小刀.

1.2 制作及改進(jìn)過程

（1）在距離注射器針頭1cm處，用小刀尖旋出一孔，將傳感器溫度探頭塞入注射器約2cm深處，用熱熔膠將孔封死，為有較好封閉效果，建議孔為不規(guī)則形狀.

（2）根據(jù)W=Fs，移動(dòng)同樣的距離，施加的力越大，做功越多，增加的內(nèi)能應(yīng)該越大;且經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，壓縮為原體積的二分之一，溫度變化很小，繼續(xù)壓縮至原體積的三分之一，溫度變化較大;而注射器內(nèi)容積壓縮為原來的三分之一，根據(jù)氣體壓強(qiáng)、體積、溫度關(guān)系，其內(nèi)部壓強(qiáng)大約為3.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓.200mL的注射器，活塞直徑約為5cm，橫截面積約為20cm2，達(dá)到上述效果需要的力大小為440N.這個(gè)力毫無疑問通過手來推動(dòng)，有一定困難.筆者首先想到利用螺旋推進(jìn)器，并將其注射器推進(jìn)桿截去，如圖2甲所示組裝，但是螺旋推進(jìn)器螺桿的頂端的特殊構(gòu)造（如圖2乙所示）容易使活塞受力不在正中間，若把頂端焊死，旋轉(zhuǎn)式推進(jìn)使活塞跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使活塞損壞.

（3）筆者后來采用玻璃膠槍與上述注射器組合.如圖3所示.點(diǎn)亮溫度傳感器，注射器活塞通過玻璃膠槍對(duì)氣體做功，發(fā)現(xiàn)活塞溫度傳感器示數(shù)逐漸增大（如圖4所示），由此說明，對(duì)物體做功，物體內(nèi)能增大.為更加匹配溫度傳感器示數(shù)變化和學(xué)生觀察，建議緩慢推進(jìn).

（4）將兩個(gè)活塞之間的氣閥打開，左側(cè)注射器內(nèi)氣體對(duì)右側(cè)的注射器活塞做功，發(fā)現(xiàn)溫度傳感器示數(shù)逐漸減小（如圖5所示），由此說明，物體對(duì)外做功，物體內(nèi)能減小.

2 對(duì)器材的深入思考

當(dāng)演示物體對(duì)外做功、內(nèi)能減小的過程時(shí)，可能會(huì)被認(rèn)為是內(nèi)部氣體與外界發(fā)生熱傳遞，導(dǎo)致溫度計(jì)示數(shù)減小，內(nèi)能減小.可以采取如下措施：對(duì)比不打開氣閥和打開氣閥時(shí)10s內(nèi)溫度計(jì)示數(shù)降低溫度（見表1）.由此可見，打開氣閥，氣體對(duì)外界做功時(shí)示數(shù)降低得較快，從而說明物體對(duì)外做功，內(nèi)能減小.

3 結(jié)語

通過壓縮引火儀和燒瓶活塞彈起兩個(gè)實(shí)驗(yàn)激趣、設(shè)疑，再由上述注射器改裝的實(shí)驗(yàn)儀器直觀呈現(xiàn)出做功和內(nèi)能的具體關(guān)系，進(jìn)而解決壓縮引火儀和燒瓶活塞彈起的問題，符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn).自制的儀器常見，通過網(wǎng)絡(luò)可以購(gòu)買，價(jià)格便宜，使學(xué)生明白，物理知識(shí)、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)器材就在我們身邊，有利于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生真實(shí)學(xué)力，促進(jìn)核心素養(yǎng)形成.基于以上觀點(diǎn)，筆者認(rèn)為上述創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地促進(jìn)對(duì)“做功可以改變內(nèi)能”的認(rèn)識(shí).

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（收稿日期：2020-11-22）