“高見度”做功沖程模擬實驗裝置的創新制作

(1. 浙江省紹興市柯橋區蘭亭鎮中學，浙江 紹興 312041；2. 浙江省紹興市柯橋區齊賢鎮中學，浙江 紹興 312065)

·實驗研究·

“高見度”做功沖程模擬實驗裝置的創新制作

黃建林1朱春鳳2

(1. 浙江省紹興市柯橋區蘭亭鎮中學，浙江 紹興 312041；2. 浙江省紹興市柯橋區齊賢鎮中學，浙江 紹興 312065)

在教學過程中，筆者發現內燃機做功沖程難以用語言表達，按照書本實驗在演示時存在一些問題，筆者通過對這些問題的分析，動手實踐，制作了一款“高見度”內燃機做功沖程實驗裝置，可有效突破教學難點，提高學生的學習興趣和積極性。

高見度；內燃機；做功沖程；實驗裝置

1 問題的提出

在初中物理教學中，“內燃機”是浙教版《科學》和華師大版《科學》九年級中“物體內能”的內容，它是燃料在機器的氣缸里燃燒的熱機，其工作過程主要是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成的。在使用浙教版教材的教學過程中，會遇到如下問題：(1) 在上這節課時，教師往往會拿著內燃機模型講解，但對于做功沖程這個過程無法直接演示，以至于出現老師臺上講得“滔滔不絕”，臺下學生聽得“云里霧里”，實驗教學效率低下[1]。(2) 因為做功沖程無法直接用實驗演示，學生缺乏必要的感性認識，在理解做功沖程的過程中存在一定的認知障礙，出現知其然、卻不知其所以然的現象。

圖1

為了說明內燃機的工作原理，華師大版《科學》教材使用了如圖1所示的裝置，它使用一個厚壁的有機玻璃圓筒，筒內的兩根放電針連接起電機，演示時把少量汽油噴入圓筒內，用軟木塞塞住筒口，搖動起電機，看到軟木塞沖出。但此實驗存在以下問題：(1) 在中學實驗室中，汽油這種燃料相對比較難找。(2) 該裝置比較復雜，演示時必須與起電機連接。(3) 用如圖1所示的裝置演示做功沖程時，成功率相對較低。

2 實驗裝置的改進及制作

2.1 實驗材料

礦泉水瓶、6分電線護套管、普通電子打火機、10mL注射器所帶的針頭、導線(里面有二根軟銅線)、熱熔膠槍、膠布、95%酒精等。

2.2 實驗裝置的制作

2.2.1 電子打火器的連接

取一只電子打火機，小心拆下里面的電子打火裝置，找一根銅導線，把導線的兩端分別接在打火裝置的導線上和它的電池上，有條件的話最好焊接一下(如圖2)，并用膠布包扎好，防止漏電(如圖3)。

圖2

圖3

2.2.2 放電針的制作

先把導線纏繞在針頭上，注意針頭的最尖端最好背靠背，這樣更有利于放電(如圖4)，用膠布包扎，然后用老虎鉗把針頭彎成一定的角度，使兩針頭的距離大約在3～4mm左右(如圖5)，連接好之后，先用電子打火裝置試打一下，調整針頭間距，使兩者之間很容易產生電火花。

圖4

圖5

2.2.3 6分管中線的連接

把做好的電子打火器和放電針穿進6分管中，并在針頭膠布處用熱熔膠固定和密封(如圖6)，注意防止放電針移動。在另一端打個結，也固定在6分管中，并用熱熔膠固定(如圖7)，把礦泉水瓶去蓋后套在6分管上待用(如圖8)。

圖6

圖7

圖8

2.3 實驗演示

演示前先取下礦泉水瓶，然后倒1ml左右的95%酒精，用力振蕩，使酒精以蒸氣的形式分布在瓶內，然后瓶口朝下，把多余的酒精倒掉(以防止酒精過多引起著火)。再將帶放電針的6分管插入瓶中(注意放電針不要碰到礦泉水瓶底，否則不會產生火花)。手拿6分管，避開人和易碎物，按壓電子打火裝置，聽到“嘭”的一聲巨響，在礦泉水瓶口會看到一團白霧，同時礦泉水瓶迅速飛出近20米。

2.4 注意事項

此實驗為爆炸實驗，存在一定的危險，需教師親自操作，特別關注安全！實驗時要注意以下幾點：(1) 在礦泉水瓶中倒入的酒精不能太多，演示時必須把多余的酒精倒掉，以防演示點火后著火。(2) 此裝置威力巨大，演示時不能對人和易碎品。演示時由于會發出巨大的爆炸聲，在演示前先提醒學生做好心理準備。(3) 礦泉水瓶可飛出近20米，最好在室外空曠處發射。

3 改進評估

這個創新實驗的優點可概括如下：

(1) 實驗材料簡單，材料全都來源于生活，深得學生喜愛。首先，取材方便簡單，大多都是廢物的重新利用。特別是燃料的選擇，采用95%酒精做燃料，基本每個學校的實驗室中都有。再者，裝置易于加工，成本低，但思維含量高、親和力強。

(2) 實驗可視度高，有效彌補了教材實驗的不足。點火裝置的使用，學生用肉眼便可看到二個針頭間有火花冒出，讓學生有一定的感性認識。同時爆炸所發出的聲響和沖擊力給學生足夠的震撼，充分激發了學生學習物理的積極性和他們對內燃機的探究欲。通過此裝置的演示，使學生充分了解做功沖程中氣體點火膨脹對外做功的原理。

(3) 操作簡單且成功率高，此裝置操作簡便且易控制，只要輕輕一按電子點火裝置，實驗就能進行。

4 結語

筆者從多方面對教材中的有關實驗進行了改進和創新，使得原來裝置復雜、材料難找等難題得以改變，大大提高了實驗的可視性和可操作性，同時讓學生有身臨其境的感覺，從而提高了學生的學習興趣和積極性，有效地提高了課堂教學效率。對于我們教師來說，如果碰到類似的取材難、成功率不高的實驗，要積極發揮自己的聰明才智，努力開發創新實驗，用創新實驗來突破教學上的難點。

[1] 黃建林，朱春鳳.利用生活器材開發物理小實驗的實踐[J]中學物理教學參考，2016，(11):56-59.

[2] 黃建林，朱春鳳.CO2制取與性質實驗改進[J]中學化學教學參考，2017，(6):53-54.

本文系浙江省教學研究課題“‘高見度’微創實驗的開發和教學研究”(編號： 06329)的成果之一。