自制簡易做功改變內能實驗器

董子貴

( 泗縣黑塔初級中學 安徽 宿州 234341)

在以前的中學物理教材及教學中，“壓縮氣體做功，氣體內能增大”與“氣體膨脹對外做功，氣體內能減少”是兩個獨立的實驗，分別采用“壓縮引火儀”與“氣體做功內能減少實驗器”兩套實驗裝置.實驗裝置結構復雜，操作繁瑣，成功率不高.每次實驗都要消耗硝化棉、酒精等材料并且排放硝化棉燃燒后形成的有毒廢氣及酒精蒸氣，不利于環保.

現在，我們僅使用“簡易做功改變內能實驗器”的裝置，便可以輕松完成上述兩個實驗；實驗裝置不僅結構簡單，而且操作方便.

1 制作材料

空礦泉水塑料瓶1個，酒精8～12滴，502速干膠少許.

2 儀器特點

本實驗器主要用礦泉水塑料瓶制作，一次滴加酒精，便可長時間(約半年)多次(300次以上)重復使用，節省材料，價格低廉，制作方便，效果明顯，性能穩定，綠色環保.學生人人可做，利于推廣.

3 儀器用途

本實驗器用于演示及說明“氣體膨脹做功內能減少”和“壓縮氣體做功內能增加”.

4 制作方法

(1)取一個剛被喝干的空礦泉水塑料瓶，撕掉瓶外印有商品標簽的塑料紙.

(2)將空礦泉水塑料瓶瓶蓋擰下，用衛生紙條伸入瓶內將瓶內殘存的水吸干或讓其自然風干.

(3)向空礦泉水塑料瓶里滴8～12滴酒精.蓋上瓶蓋并用力擰緊.必要時，可用502速干膠將瓶口徹底膠死.這樣，實驗器就制作完成了.如圖1所示.

圖1 圖2 圖3

5 使用方法

(1)左手握住實驗器上段，右手握住實驗器下段.

(2)雙手分別向相反的方向用力擰礦泉水瓶，像擰毛巾一樣.同時，雙手適當地用力擠壓瓶中氣體.

(3)將瓶內氣體的體積壓縮到原來體積的一半左右，我們仍可以看到瓶內氣體無色透明，如圖2所示.這時，握住實驗器的雙手突然松開，我們會看到，瓶中立即出現濃濃的“白氣”，如圖3所示.瓶中的“白氣”需要10～20 s的時間才能完全消失.

(4)當瓶中出現濃濃的“白氣”之后，雙手再像剛才那樣，立即分別向相反的方向用力擰礦泉水瓶，擠壓瓶中氣體，則瓶中的“白氣”立即消失.又如圖2所示.

6 實驗原理

酒精在密閉的礦泉水塑料瓶里蒸發，致使瓶內空氣中混有大量的酒精蒸氣.當雙手分別向相反的方向用力擰礦泉水瓶、壓縮瓶內氣體時，由于壓縮氣體做功，瓶內氣體溫度會略有升高，這使得瓶內氣體中的酒精蒸氣濃度更高.當雙手突然松開時，瓶內氣體迅速膨脹，將礦泉水塑料瓶重新脹起，對外做功，內能減少，溫度降低，瓶內空氣中所混的大量酒精蒸氣迅速液化，形成酒精液滴并懸浮在瓶內空氣中，這就是我們看到的“白氣”. 當雙手再次分別向相反的方向用力擰礦泉水瓶、壓縮瓶內氣體做功時，瓶中氣體內能增大，溫度升高，懸浮在瓶內空氣中的酒精液滴迅速汽化，“白氣”立即消失.

7 注意事項

(1)為防止漏氣，應選用新的礦泉水塑料瓶，不能用老化的礦泉水塑料瓶.

(2)滴加酒精后，瓶蓋一定要用力擰緊，最好用502速干膠將瓶口徹底膠死.

(3)實驗時，只要把瓶內氣體的體積壓縮到原來體積的一半左右即可，不必過于壓縮.