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1、第#页/共7页压缩空气做功做功是改变物体内能的一种方式,“压缩空气使硝化棉燃烧是 做功改变物体内能中经典实验,此实验操作简便且耗时少,深受广阔 物理教师的喜爱.多年来,不少物理教师对此装置进行改进、改进和 自制,取得了优秀的成果.1“压缩空气做功的传统实验用力用力把活塞向下压,蘸有乙醚的棉花球 红磷粉末燃烧起来 这个实验操作简单,现象明显,课堂教学起来非常愉快和轻松,深受 学生和教师的喜爱.实验仪器：硝化棉、酒精、打气筒实验目的：理解功与能的转化实验原理：理解功与能的转化实验原理：气体压缩,外界对气体做功,气体的内能增加,温度升高实验步骤:用镊子夹一些占过酒精的硝化棉放入打气筒中,硝化棉一定要
2、蓬松且不要打气筒,速度要快,如发现：硝化棉燃烧起来图5-9做功的传统实验图太多,迅速向下压 图5-9所示.我们 了.总结：用手向下压打气筒的话,手对打气筒有向下的压力,这个 压力会与打气筒内壁摩擦产生热, 但这并不是空气温度升高的主要原 因,摩擦生热可忽略不计. 这个压力所作的功产生的作用效果即：压 缩空气,使其温度升高,从而使硝化棉的温度升高,直到到达硝化棉 的燃烧点 硝化棉的燃烧点很低,使其燃烧起来.间接地证实了空 气的温度升高,我们知道：温度升高的话,那么物体的内能一定增大, 即空气的内能一定增加. 从而也就说明： 这个压力所作的功升高了空 气的内能,即做功可以改变物体的内能.实验过程伴
3、随着光、声等现 象,说明活塞对气体做功使气体内能增加,温度升高,到达乙醚 红 磷的着火点.这个实验有时不一定能够使硝化棉燃烧起来,主要原因如下：1向下压打气筒的速度太慢；2放入打气筒内的硝化棉量太多；3打气筒的密闭性不高.2 “压缩空气做功的 DIS 实验虽然多年来,物理教师对“压缩空气体积做功的传统实验进行 改进和自制, 但效果并没有质的提升, 无法用实验数据来支持实验结 论哦.而 DIS 实验可以很好地弥补这一缺乏 ,显示了自身的诸多优点.实验器材：注射器、座架、计算机、温度传感器、数据采集器实验原理：理解功与能的转化实验原理：气体压缩,外界对气体做功,气体的内能增加,温度 升高图5-10
4、压缩空气做功的DIS实验图计算机实验室“通用口后,“图像实验步骤：(1)首先按如图5-10连接实验装置,先将注射器固定 在座架上,连接温度传感器、数据采集器、计算机.(2) 翻开 中的数字化 软件,点击 软件翻开窗 对“传感器、 进行设置；在图线设置中,选择“ X轴为时间t,起始时间为0;y轴为温度T,起始温度为0(3) 点击“开始采集按钮后,用力慢慢推压打气筒手柄并观察图算机让学 实验 纳出图5-11压缩空气做功的 DIS实验图像图像,挤压到最大程度后放开手柄并观察图像.如图23所示.(4) 观察计上的图像5-11, 生讨论并分析 图像的规律,归 外界对气体做功和气体对外界做功两个时间段的温
5、度变化特点, 使学生熟悉到做功 可以改变物体的内能 -外界对气体做功,气体内能增大；气体对 外界做功,气体内能减少.(5) 让学生讨论并解释“做功可以改变物体的内能的原因.总结：用力慢慢推压打气筒手柄,手对打气筒有向下的压力,这 个压力会与打气筒内壁摩擦产生热, 但这并不是空气温度升高的主要 原因,摩擦生热可忽略不计.随着挤压的进行,计算机视屏上的温度 逐渐上升,放开手柄后,视屏上的温度逐渐下降.说明手柄压缩空气 可使气体温度上升, 其原因是手柄的机械能转化为气体的内能, 气体 的内能增加, 气体的温度上升, 即外界对气体做功可以使气体内能增 加；而放开手柄之后,图像上的温度下降,其原因是手柄
6、放开后,气 体使手柄缓慢向后退, 气体的内能为手柄的机械能, 说明气体对外界 做功,气体的内能减少. “做功可以改变物体的内能的实质是：机 械能与内能的相互转化.3.“压缩空气做功的 DIS 实验与传统实验的比照通过比照 DIS 实验和传统实验发现, 它们两者都有各自的优点和 缺点.压缩气体的 DIS 实验优于传统实验的方面：(1) 环保压缩气体的 DIS 实验不会污染环境, 且不会浪费实验原料. 然而传统实验每次实验都要消耗硝化棉、 酒精等材料并且排放硝化棉燃烧 后形成的有毒废气及酒精蒸气,不利于环保 51 .(2) 能够观察温度变化的幅度在 DIS 实验中,学生可以观察空气温度的图像来观察
7、被压缩气体 的温度变化,不仅直观性好,而且大大提升了可见度,加深了学生的 印象及对知识点的理解 52 .而传统实验是通过硝化棉的燃烧从而间接 反映空气温度的增大,并不能反映温度变化的幅度.(3) 有实验数据来支持实验结论从压缩气体的 DIS 实验中的图像上,可以看到空气温度的数值变 化,有实验数据来支持空气的内能增大； 而传统实验通过硝化棉的燃 烧支持空气温度的升高, 没有测量空气温度的数据变化, 缺乏实验数 据来支持空气温度的增大,也就没有实验数据来支持实验的结论.(4) 培养学生观察和分析图像的水平.压缩气体的 DIS 实验有空气温度变化的图像, 学生可以观察并讨 论实验图像, 科学探究实
8、验的结论, 进而培养学生观察和分析图像的 水平；然而压缩气体的传统实验是通过实验现象来探究实验结论, 并 没有实验图像.压缩气体的传统实验优于 DIS 实验的方面：(1) 视觉冲击强烈传统实验采用压缩空气使硝化棉燃烧, 硝化棉燃烧的现象观察明 第5页/共7页显,给学生以直观的视觉冲击； 而 DIS 实验采用压缩空气观察图像的 方法,视觉冲击没有传统实验来得更强烈.2操作方便简单且省时间传统实验所需的器材少且操作简单, 实验耗时少, 能够很快地完 成实验；相对于传统实验而言, DIS 实验所需实验器材多,连接实验 仪器消耗时间多.3极强的实验兴趣传统实验中会使“硝化棉燃烧,而学生正处于初中阶段,
9、会对 一切新奇的事物产生极大的实验兴趣,因此, “硝化棉燃烧会带给 学生极强的实验兴趣；而压缩空气的 DIS 实验给学生所带来的实验兴 趣没有传统实验所带来的实验兴趣大.4为“机械能转化为空气的内能的理解打下铺垫传统实验演示了压缩空气可以使“硝化棉燃烧,而“硝化棉燃 烧必然说明了空气内能的增大. 压缩空气是通过手柄向下运动产生 的,会使手柄运动速度增大,也就是手柄的机械能,可以理解为：手 柄的机械能转化为空气的内能, 使学生理解机械能可以转化为空气的 内能.5不会浪费电力资源DIS 实验需要消耗电能,而传统实验并不需要消耗电能建议：压缩空气的 DIS 实验和传统实验都有各自的优点和缺点,第6页/共7页两者的实验效果相当,因此,压缩空气的实验既可以采取传统实验, 也可以采取DIS实验,可以任意选择两者中的任何一个,并没有优劣 之分.第7页/共7页
