熱空氣上升實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

劉國(guó)英

《熱氣球上升的秘密》一課，教材設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)，但教學(xué)中都容易出現(xiàn)一些問(wèn)題：

實(shí)驗(yàn)一是模擬熱氣球上升的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在撐開的塑料袋下面點(diǎn)燃小碟子里的酒精，塑料袋內(nèi)的氣體膨脹，然后上升。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，塑料袋在上升過(guò)程中容易偏斜。

實(shí)驗(yàn)二是紙蛇旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。剪一個(gè)螺旋紙圈，用一根細(xì)線系上并懸掛起來(lái)，在紙蛇下面點(diǎn)燃蠟燭，使紙蛇旋轉(zhuǎn)，從而得出空氣受熱上升的結(jié)論。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，如果酒精燈高度控制不好，紙蛇容易被引燃。紙蛇質(zhì)地較輕，容易受空氣流動(dòng)的影響發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度會(huì)逐漸減慢;另外學(xué)生看到紙蛇的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象也不容易直觀地理解就是熱空氣上升引起的。

實(shí)驗(yàn)三是讓紙屑飛舞起來(lái)的實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)燃蠟燭，周圍空氣受熱上升，帶動(dòng)紙屑飛舞。但是，在實(shí)際操作過(guò)程中紙屑常常飛不起來(lái)，實(shí)驗(yàn)容易失敗，而且實(shí)驗(yàn)造成的垃圾也比較多，不易清掃。

為了提高實(shí)驗(yàn)的成功率，讓學(xué)生更容易觀察到明顯的現(xiàn)象，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)材料

固體酒精和托盤、火柴、底座、阻燃塑料管、蠟燭、金屬卡子、小風(fēng)車、鐵架臺(tái)、紙杯、細(xì)線、塑料吸管、細(xì)鐵絲等。

熱空氣上升演示器

先組裝教具，將金屬卡子直接卡在塑料管上，然后放上小風(fēng)車。這時(shí)風(fēng)車是靜止不動(dòng)的。點(diǎn)燃蠟燭，把蠟燭放在塑料管的下方，很快我們就發(fā)現(xiàn)風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。學(xué)生會(huì)想到，風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的原因與空氣受熱有關(guān)。當(dāng)蠟燭熄滅后，風(fēng)車會(huì)慢慢停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明塑料管內(nèi)的空氣受熱后會(huì)上升，推動(dòng)風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖1）。

改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)是：點(diǎn)燃蠟燭后小風(fēng)車旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)象直觀，容易得出結(jié)論，使原本抽象的知識(shí)變得更加形象、直觀。同時(shí)，操作簡(jiǎn)單，提高了教具的使用率。學(xué)生只需組裝好教具，點(diǎn)燃蠟燭，幾秒鐘后就能看見效果，而且可以重復(fù)使用，也可以用于風(fēng)的模擬實(shí)驗(yàn)。

氣體杠桿裝置

演示器如圖2所示，不僅制作材料比較簡(jiǎn)單，還提高了課堂的實(shí)效性。需要注意的是，在前期調(diào)試中，教師要想辦法使各處摩擦力降到最小，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，教師要強(qiáng)調(diào)兩個(gè)紙杯是一樣的。給一側(cè)的紙杯加熱時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這一側(cè)的杠桿會(huì)上升，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)同體積的熱空氣比冷空氣輕，所以熱空氣才會(huì)上升。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)象明顯，教學(xué)直觀。通過(guò)這兩個(gè)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅認(rèn)識(shí)到空氣受熱后體積膨脹會(huì)上升，而且很容易理解同體積的熱空氣比冷空氣輕，會(huì)上升的道理。