淺談《物體的內(nèi)能》一課的實(shí)驗(yàn)資源的整合與創(chuàng)新

摘 要：為適應(yīng)初中物理新一輪課程改革的需要，針對當(dāng)前中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的實(shí)際使用情況，文章結(jié)合本校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所取得的成果，就《物體的內(nèi)能》這節(jié)課的實(shí)驗(yàn)資源的整合與創(chuàng)新做一些探討。

關(guān)鍵詞：內(nèi)能；實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是中學(xué)物理課程改革的重要環(huán)節(jié)，也是落實(shí)物理課程目標(biāo)，全面提升中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，還是中學(xué)物理課程改革的重要資源。目前我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然是一個薄弱環(huán)節(jié)，因此我們每一位中學(xué)物理教師都應(yīng)有強(qiáng)烈的物理課程資源意識，注重物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的有效整合，以提高中學(xué)物理教育質(zhì)量和全面實(shí)現(xiàn)中學(xué)物理課程目標(biāo)。

滬科版《物體的內(nèi)能》這節(jié)課題是在初中物理九年級第十三章第一節(jié)。這節(jié)內(nèi)容在課程標(biāo)準(zhǔn)中的要求是了解內(nèi)能的概念，能簡單描述溫度與內(nèi)能的關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)例了解改變物體內(nèi)能的途徑。內(nèi)能教學(xué)是本章的重點(diǎn)內(nèi)容之一，內(nèi)能是非常抽象的物理概念，只有通過實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)才便于學(xué)生理解，做好本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，才能有效地完成本節(jié)教學(xué)任務(wù)。對本節(jié)實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行整合與創(chuàng)新，有利于有效完成本節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

器材：鐵線（24段）、酒精燈、厚壁玻璃筒（帶活塞）、硝化棉、冰水、冷水、熱水，試管、鐵架臺、氣體膨脹演示器（自制）、滴管、紅墨水、打氣筒。

整合的實(shí)驗(yàn)：

一、 研究內(nèi)能與溫度的關(guān)系

演示：如圖1在冷、熱兩杯水中分別滴入一滴紅墨水，觀察紅墨水在兩杯水中擴(kuò)散的快慢。

分析：熱水溫度高，擴(kuò)散更快，說明溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動越劇烈，分子運(yùn)動越劇烈，分子無規(guī)則運(yùn)動的動能越大，那么，物體的內(nèi)能也越大。

結(jié)論：內(nèi)能跟溫度有關(guān)，溫度越高，內(nèi)能越大。

物體溫度升高時內(nèi)能增加，溫度降低時內(nèi)能減少。溫度實(shí)質(zhì)是表征了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動的劇烈程度，做此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，易于學(xué)生得出內(nèi)能與溫度的關(guān)系。

二、 研究改變物體內(nèi)能的兩種途徑

（一） 熱傳遞

演示：如圖2試管放入熱水中。討論：試管溫度和熱水溫度的變化。

分析：試管吸熱，溫度升高，內(nèi)能增加。熱水放熱，溫度降低，內(nèi)能減小。內(nèi)能從熱水轉(zhuǎn)移到試管（或內(nèi)能從熱水傳遞給試管）。內(nèi)能從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體的過程叫做熱傳遞。

結(jié)論：改變物體內(nèi)能的途徑之一：熱傳遞

此實(shí)驗(yàn)看似簡單，但能很好的講清楚熱傳遞定義和熱傳遞的過程：內(nèi)能從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體，傳遞的是熱量，不是溫度。

（二） 做功

1. 教師演示實(shí)驗(yàn)：如圖3（壓縮引火儀）將硝化棉放入玻璃圓筒內(nèi)，塞入活塞，用力快速壓縮空氣，觀察筒內(nèi)硝化棉出現(xiàn)什么現(xiàn)象。

現(xiàn)象：用力壓縮空氣，硝化棉燃燒起來。分析：手往下壓，對空氣做了功，空氣的內(nèi)能增加，空氣溫度升高，空氣溫度升到硝化棉的燃點(diǎn)，硝化棉燃燒起來。結(jié)論：對物體做功可以物體內(nèi)能增加。

壓縮空氣做功的實(shí)驗(yàn)演示很重要，因?yàn)樵趯W(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)中，摩擦做功較為常見，但對于壓縮氣體體積也是做功的一種形式，則很不熟悉，理解上也困難得多?？梢宰寣W(xué)生到講臺上來做此實(shí)驗(yàn)，提醒做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生快速壓下活塞就可以。這個實(shí)驗(yàn)會引起學(xué)生的極大興趣而印象深刻——壓縮氣體做功也可以改變物體的內(nèi)能。給自己車打氣是學(xué)生熟悉的，但絕大部分學(xué)生都沒有認(rèn)真地觀察過，也不會深入地思考，特別是氣筒下部的溫度要更高一些這個現(xiàn)象也會讓學(xué)生很意外。筒的下部溫度升得更高，主要的原因是壓縮空氣做功增加了內(nèi)能，摩擦在這里是次要的。同時也再次提示我們，觀察是學(xué)習(xí)物理的最基本方法。

2. 學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：如圖4每位同學(xué)來回彎折這段鐵線一會兒（約10次），用手指觸摸彎折處，有什么感覺？想一想為什么？

現(xiàn)象：彎折處發(fā)熱、發(fā)燙。分析：用力彎折鐵線是在做功，鐵線彎折處發(fā)熱，溫度升高，內(nèi)能增加。結(jié)論：對鐵線做功，鐵線內(nèi)能增加。

彎折鐵線能使溫度升高是學(xué)生已有體驗(yàn)的生活現(xiàn)象，通過分析講解，理解做功也可以改變物體的內(nèi)能，也充分體現(xiàn)了生活走向物理的教學(xué)理念。

三、 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：氣體膨脹對外做功實(shí)驗(yàn)

1. 原實(shí)驗(yàn)室裝置如圖5所示，用鐵架臺、燒瓶夾固定玻璃瓶，注入少量水在玻璃瓶內(nèi)，使用稍硬的塑料管連接打氣筒和瓶塞、玻璃管。塞緊瓶塞后，用實(shí)驗(yàn)室常用的兩用打氣筒打幾次，就能使瓶塞跳起，在瓶塞跳起的同時，瓶內(nèi)出現(xiàn)水霧，瓶口產(chǎn)生“白氣”。這是因?yàn)槠績?nèi)空氣推動塞子做功了，是空氣中水蒸氣溫度降低液化成小水珠形成的。這說明瓶內(nèi)空氣膨脹將塞子推出時，瓶內(nèi)空氣的溫度降低了，內(nèi)能減小了。得出結(jié)論：氣體膨脹對外做功時，氣體內(nèi)能減小。

圖5

利用這套實(shí)驗(yàn)裝置存在幾個問題：①不安全，玻璃瓶承受壓強(qiáng)不是很大，容易破碎，造成傷害危險。②瓶塞跳起的瞬間，瓶內(nèi)出現(xiàn)水霧和瓶口產(chǎn)生的“白氣”很少，可見度不是很好。

2. 改進(jìn)創(chuàng)新：如圖6所示把可樂瓶口用橡皮塞塞住，塞子上系一根細(xì)繩，在靠近瓶底處裝一個自行車氣門芯，用打氣筒給可樂瓶充氣使瓶內(nèi)空氣壓強(qiáng)增大至約3個大氣壓時瓶塞跳起，在瓶塞跳起的同時，瓶內(nèi)出現(xiàn)水霧，瓶內(nèi)和瓶口產(chǎn)生大量白氣。

圖6

這個實(shí)驗(yàn)器材用可樂瓶替代玻璃瓶的優(yōu)點(diǎn)：①安全性很大的提高，可樂瓶可以承受10個大氣壓，不易破碎。②可見度和趣味性提高，可樂瓶容積大，產(chǎn)生的“白氣”多，現(xiàn)象明顯，非常直觀。③學(xué)生非常樂意操作，趣味性強(qiáng)。

以上只是《物體的內(nèi)能》實(shí)驗(yàn)資源的一部分，隨著對實(shí)驗(yàn)資源的不斷開發(fā)，會有更多的資源運(yùn)用于本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。總之我們應(yīng)腳踏實(shí)地，勇于探索，開辟新的途徑去挖掘?qū)嶒?yàn)資源，為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)做出點(diǎn)滴貢獻(xiàn)。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，從而有效完成教學(xué)目標(biāo)。

作者簡介：

陳開韶，福建省三明市，大田縣鴻圖中學(xué)。