做功改变物体内能的实验的改进与创新

做功改变物体内能的实验的改进与创新桂林市桂林中学王芊允使用教材沪粤版九年级上册第12.1《认识内能》实验器材自制教具——针筒实验注射针筒，温度传感器，玻璃胶枪，输液三通管自制教具——打气瓶实验气门芯，塑料瓶，温度传感器，打气筒教材及学情分析（一）分析教材本节在第十二章中处于重要的基础性地位，是宏观能量向微观能量的过渡，上接机械能与机械功，下启内能与热机。主要内容包括内能的概念以及改变内能的两种方式。笔者将从做功改变物体内能这一方面进行实验创新与突破。（二）分析学生内能概念抽象，学生对其陌生，但生活中现象常见，可以利用九年级学生观察能力强，好奇心足的特点，通过实验教学，用看得见的现象反映看不见的内能变化，突破做功改变物体内能的难点，引导学生完成本节知识的学习。（三）分析教材中实验做功改变物体内能是本节中的活动一，教材主要展示了两个实验进行说明，分别是刀在磨刀石上摩擦后温度升高，以及空气压缩引火仪实验。在教师教学参考用书中指出，实验应为学生提供充分的感性素材，建议是简单易行，效果新奇的实验以及简单的生活实例。并对进一步学习能的转化和能量守恒定律具有重要作用。四、过往不足从这两点出发，我们可以发现教材中的实验存在着一些不足之处。（一）仪器不易操作在对气体做功的实验中，我们使用了空气压缩引火仪，在使用过程中费力且易造成仪器的损坏。为了增大成功率，一般由教师演示操作，而学生的体验感就不足。（二）现象不易观察由于实验过程极短，学生容易错过。并且在产生火花后，教师无法有效说明在这么快的情况下，是由于压缩仪本身活塞撞击是硝化棉起火还是压缩空气温度升高使硝化棉起火。（三）不全面课本中的两个例子重点在于“外界对物体做功”，而对“物体对外界做功”带来的改变则没有提及，是不够全面的。五、实验创新要点及实验设计思路实验改进需要针对“三不”（不易操作，不易观察，不全面）来进行改进，目的是依据课标，创新出成功率高，便于观察，能同时研究物体对内对外做功带来内能变化的实验。因此，我将自制实验器材，在学生分组以及教师演示两个方面带来改进。（一）创新实验一，针筒实验。（1）实验装置由注射针筒，温度传感器，玻璃胶枪，输液三通管组成。压缩气体，外界对气体做功，打开阀门，气体对外做功。温度传感器显示温度变化，从而反映内能变化。（2）创新改进1）采用DISLAB朗威温度传感器。温度传感器的使用方便测量针筒内部温度，且安全可靠，不易损坏。2）在压缩气体时采用了玻璃胶枪，压缩气体时如果单靠手动压缩，很难取得好的效果，并且一松手就会回弹，因此，具有省力杠杆结构的玻璃胶枪成为了实验的改进措施。同时，因为玻璃胶枪的支架形态，使压缩气体时避免了手与针管的接触，从而避免了热传递对内能变化的影响。3）为了同时研究气体对外做功时内能的变化，我采用了可以控制气体进出的输液三通阀，两端螺旋式的结构能保证装置的气密性。闭合阀门，可用于探究外界对气体做功。打开阀门，连接另一个针筒，用于探究气体对外界做功。（3）改进后效果1）将不易操作改为了易操作，不仅在课堂上，老师可以进行操作，在传感器配备齐全的学校里面，学生也可以自主操作，如果没有传感器，我们也可以花两块钱买一个数显温度器，组装也较为便捷。2）有数据的量化过后，那么内能的变化变为易观察。3）够全面，不仅可以外界对气体做功内能的变化，同样可以探究气体对外界做功，使气体的内能变化。图1针筒实验装置图2针筒实验学生操作（二）创新实验二，打气瓶实验。（1）实验装置采用气门芯，塑料瓶，温度传感器，打气筒组成。将一个塑料瓶瓶口处安装气门芯及自行车内胎垫片，密封空气的同时可以通过气门芯可以将气体打入塑料瓶中，然后在塑料瓶的尾部开口，将朗威温度传感器插入瓶子内。便于显示瓶子内部温度。瓶子内装入酒精。（2）创新改进1）将容易损坏的空气压缩引火仪改成了可承受压强更大的塑料瓶，器材常见，安全性高。为进一步保证安全，我利用螺丝和线固定瓶盖，避免拧开时冲出伤人。2）受到自行车打气使轮胎发热，内能增大的启发，将气门芯和车轮内胎巧妙的与塑料瓶结合在一起，我们可以通过气筒打气，实现外界对物体做功。由于塑料瓶没有弹性，密封空气较为困难，在多次尝试比较后，我采用了弹性大，承压强的704密封胶。3）同样，笔者在瓶内放入了温度传感器，另外在瓶子中滴入了酒精。打开盖子后内能减小，温度降低，酒精液化，出现大量白雾。而打气筒打气使瓶子内气压更大，拧开瓶盖后发出巨响，吸引学生注意力。传感器在电脑上显示温度，量化数据。三管齐下，共同激发学生的探知欲。（3）改进后效果1）易操作。器材常见，操作简单，塑料瓶的可承受压强大，安全系数较高。2）实验中瓶盖飞出时发出巨响，并且产生大量的白气现象，较为震撼，依旧采用朗威温度传感器显示温度。从定性和定量两个角度展现，瓶子内部内能，使学生印象更为深刻。3）够全面，本实验装置，不仅可以用来研究外界对气体做功时内能的变化情况，还能研究气体对外界做重视气体内能的变化情况。并且瓶盖飞出时，气体的内能转化为瓶盖的机械能，为下一节能的转化做好铺垫。图3打气瓶实验装置图4打气瓶实验学生操作六、实验效果评价（一）实验总结以易操作、易观察、够全面为主要目标，结合数字化技术，进行了做功改变物体内能的实验改进与创新。分别在学生分组实验以及教师演示实验中做出了一定的创新与突破，为接下来学习能的转化与能量守恒定律做好铺垫。（二）方案实施（1）精彩的课程导入以打气瓶实验作为演示，展现震撼效果，吸引学生目光，激发学生探知欲。（2）分组实验的完善利用针筒实验，引导学生完成制定计划、组装器材、进行实验、分析传感器数据结果、得出结论等实验步骤，最终在实验探究中提升学生物理科学素养。（3）教学流程首尾呼应在打气瓶内部安装温度传感器，探知瓶内内能变化，揭秘开头的导入实验，让学生从中体验探究物理的乐趣。实验改进效果