“利用内能做功”的实验的改进

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  在学习初中物理(鲁科版)第十一章《热和能》第五节“热机”时,有一个“利用内能来做功”的演示实验,课本上的实验是这样的(如图1):在试管里放适量的水后夹在铁架台上,然后用软木塞或橡胶塞塞住试管口,点燃酒精灯对水加热,当水沸腾后,试管塞会突然被喷出(如图2),同时试管里的热水也会被喷出,危险性较大.虽然有的把试管底部缠上了铁丝网,有的在器材和学生间挡上了玻璃板,可沸腾的水猛烈喷出时仍然让人担心,如果瓶塞老化等原因不能与试管口密封,水虽然沸腾可瓶塞不能被喷出,塞紧了又怕试管炸裂.该实验即便是成功了,看上去瓶塞被喷出了很远,可是我们知道:瓶塞一旦离开瓶口后,运动的过程中是不受推力的,也就是瓶塞运动的这段明显的距离靠的是惯性,推力对瓶塞并没有做功,内能转换为对瓶塞的机械能的过程是非常短暂的.为此,笔者对该实验做了改进:(1)改进后危险性小了;(2)过程变慢了,学生观察的更清楚了.
  实验仪器及用品 铁架台,酒精灯.试管、试管夹、棉球.
  实验装置图及说明:在试管里放的水略少一些,把试管塞去掉,用水稍稍把药棉或纸巾湿一下(增加气密性和润滑性),团成比试管口略大的圆球,用细棒轻轻地推入试管下部,但不要太湿(以防棉团上方有积水,当棉团到达管口时这些水倒流至试管底部引起炸裂,为安全起见也可把橡皮筋缠上药棉后束在试管口).
  实验操作 按装置图组装好,在试管里放的水略少一些,用水稍稍把药棉或纸巾湿一下,团成比试管口略大的圆球,用细棒轻轻地推入试管下部,把橡皮筋缠上药棉后束在试管口,点燃酒精灯,待水沸腾时,可见棉团慢慢被推至管口并喷出(图3).
  经这样改进后,点燃酒精灯,当水沸腾后就会看到棉团缓缓向试管口,最后棉团被喷出.整个过程“被慢镜头”展现,学生可清晰看到棉球被沸腾的水慢慢推动直到瓶口,最后被喷出.做功的过程被减慢了,危险性大大减小了.棉团的“慢动作”更符合物理“做功”的概念的含义.将不易操作的突发性实验现象变为容易操作的连续性缓慢清晰的实验现象;既延长了实验现象的时间,增加了实验的趣味性,又便于学生观察、理解,解决了老师和同学们在实验过程中由于胶塞的松紧带来的胆怯心理和不安全因素,实验效果直观、生动.
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