淺談《物體的內能》一課的實驗資源的整合與創新

摘 要：為適應初中物理新一輪課程改革的需要，針對當前中學物理實驗教學資源的實際使用情況，文章結合本校在實驗教學中所取得的成果，就《物體的內能》這節課的實驗資源的整合與創新做一些探討。

關鍵詞：內能；實驗；創新

實驗教學是中學物理課程改革的重要環節，也是落實物理課程目標，全面提升中學生科學素養的重要途徑，還是中學物理課程改革的重要資源。目前我們的實驗教學仍然是一個薄弱環節，因此我們每一位中學物理教師都應有強烈的物理課程資源意識，注重物理實驗教學資源的有效整合，以提高中學物理教育質量和全面實現中學物理課程目標。

滬科版《物體的內能》這節課題是在初中物理九年級第十三章第一節。這節內容在課程標準中的要求是了解內能的概念，能簡單描述溫度與內能的關系，通過實驗和實例了解改變物體內能的途徑。內能教學是本章的重點內容之一，內能是非常抽象的物理概念，只有通過實驗體驗才便于學生理解，做好本節課的實驗教學工作，才能有效地完成本節教學任務。對本節實驗資源進行整合與創新，有利于有效完成本節的實驗教學。

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。

整合的實驗：

一、 研究內能與溫度的關系

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散的快慢。

分析：熱水溫度高，擴散更快，說明溫度越高，分子無規則運動越劇烈，分子運動越劇烈，分子無規則運動的動能越大，那么，物體的內能也越大。

結論：內能跟溫度有關，溫度越高，內能越大。

物體溫度升高時內能增加，溫度降低時內能減少。溫度實質是表征了物體內部分子無規則運動的劇烈程度，做此實驗現象明顯，易于學生得出內能與溫度的關系。

二、 研究改變物體內能的兩種途徑

（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，內能增加。熱水放熱，溫度降低，內能減小。內能從熱水轉移到試管（或內能從熱水傳遞給試管）。內能從溫度高的物體轉移到溫度低的物體的過程叫做熱傳遞。

結論：改變物體內能的途徑之一：熱傳遞

此實驗看似簡單，但能很好的講清楚熱傳遞定義和熱傳遞的過程：內能從溫度高的物體轉移到溫度低的物體，傳遞的是熱量，不是溫度。

（二） 做功

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

現象：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，空氣的內能增加，空氣溫度升高，空氣溫度升到硝化棉的燃點，硝化棉燃燒起來。結論：對物體做功可以物體內能增加。

壓縮空氣做功的實驗演示很重要，因為在學生的生活經驗中，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。可以讓學生到講臺上來做此實驗，提醒做實驗的學生快速壓下活塞就可以。這個實驗會引起學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能。給自己車打氣是學生熟悉的，但絕大部分學生都沒有認真地觀察過，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象也會讓學生很意外。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能，摩擦在這里是次要的。同時也再次提示我們，觀察是學習物理的最基本方法。

2. 學生體驗實驗：如圖4每位同學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？

現象：彎折處發熱、發燙。分析：用力彎折鐵線是在做功，鐵線彎折處發熱，溫度升高，內能增加。結論：對鐵線做功，鐵線內能增加。

彎折鐵線能使溫度升高是學生已有體驗的生活現象，通過分析講解，理解做功也可以改變物體的內能，也充分體現了生活走向物理的教學理念。

三、 創新實驗：氣體膨脹對外做功實驗

1. 原實驗室裝置如圖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，使用稍硬的塑料管連接打氣筒和瓶塞、玻璃管。塞緊瓶塞后，用實驗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，瓶內出現水霧，瓶口產生“白氣”。這是因為瓶內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。這說明瓶內空氣膨脹將塞子推出時，瓶內空氣的溫度降低了，內能減小了。得出結論：氣體膨脹對外做功時，氣體內能減小。

圖5

利用這套實驗裝置存在幾個問題：①不安全，玻璃瓶承受壓強不是很大，容易破碎，造成傷害危險。②瓶塞跳起的瞬間，瓶內出現水霧和瓶口產生的“白氣”很少，可見度不是很好。

2. 改進創新：如圖6所示把可樂瓶口用橡皮塞塞住，塞子上系一根細繩，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空氣壓強增大至約3個大氣壓時瓶塞跳起，在瓶塞跳起的同時，瓶內出現水霧，瓶內和瓶口產生大量白氣。

圖6

這個實驗器材用可樂瓶替代玻璃瓶的優點：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，產生的“白氣”多，現象明顯，非常直觀。③學生非常樂意操作，趣味性強。

以上只是《物體的內能》實驗資源的一部分，隨著對實驗資源的不斷開發，會有更多的資源運用于本節課的實驗教學。總之我們應腳踏實地，勇于探索，開辟新的途徑去挖掘實驗資源，為初中物理實驗教學做出點滴貢獻。運用實驗教學，培養學生科學的學習態度，激發學生的學習興趣，培養學生觀察能力和思維能力，培養學生的實驗操作能力，培養學生的創新意識，從而有效完成教學目標。

作者簡介：

陳開韶，福建省三明市，大田縣鴻圖中學。