浅谈《物体的内能》一课的实验资源的整合与创新

摘 要：为适应初中物理新一轮课程改革的需要，针对当前中学物理实验教学资源的实际使用情况，文章结合本校在实验教学中所取得的成果，就《物体的内能》这节课的实验资源的整合与创新做一些探讨。

关键词：内能；实验；创新

实验教学是中学物理课程改革的重要环节，也是落实物理课程目标，全面提升中学生科学素养的重要途径，还是中学物理课程改革的重要资源。目前我们的实验教学仍然是一个薄弱环节，因此我们每一位中学物理教师都应有强烈的物理课程资源意识，注重物理实验教学资源的有效整合，以提高中学物理教育质量和全面实现中学物理课程目标。

沪科版《物体的内能》这节课题是在初中物理九年级第十三章第一节。这节内容在课程标准中的要求是了解内能的概念，能简单描述温度与内能的关系，通过实验和实例了解改变物体内能的途径。内能教学是本章的重点内容之一，内能是非常抽象的物理概念，只有通过实验体验才便于学生理解，做好本节课的实验教学工作，才能有效地完成本节教学任务。对本节实验资源进行整合与创新，有利于有效完成本节的实验教学。

器材：铁线（24段）、酒精灯、厚壁玻璃筒（带活塞）、硝化棉、冰水、冷水、热水，试管、铁架台、气体膨胀演示器（自制）、滴管、红墨水、打气筒。

整合的实验：

一、 研究内能与温度的关系

演示：如图1在冷、热两杯水中分别滴入一滴红墨水，观察红墨水在两杯水中扩散的快慢。

分析：热水温度高，扩散更快，说明温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子运动越剧烈，分子无规则运动的动能越大，那么，物体的内能也越大。

结论：内能跟温度有关，温度越高，内能越大。

物体温度升高时内能增加，温度降低时内能减少。温度实质是表征了物体内部分子无规则运动的剧烈程度，做此实验现象明显，易于学生得出内能与温度的关系。

二、 研究改变物体内能的两种途径

（一） 热传递

演示：如图2试管放入热水中。讨论：试管温度和热水温度的变化。

分析：试管吸热，温度升高，内能增加。热水放热，温度降低，内能减小。内能从热水转移到试管（或内能从热水传递给试管）。内能从温度高的物体转移到温度低的物体的过程叫做热传递。

结论：改变物体内能的途径之一：热传递

此实验看似简单，但能很好的讲清楚热传递定义和热传递的过程：内能从温度高的物体转移到温度低的物体，传递的是热量，不是温度。

（二） 做功

1. 教师演示实验：如图3（压缩引火仪）将硝化棉放入玻璃圆筒内，塞入活塞，用力快速压缩空气，观察筒内硝化棉出现什么现象。

现象：用力压缩空气，硝化棉燃烧起来。分析：手往下压，对空气做了功，空气的内能增加，空气温度升高，空气温度升到硝化棉的燃点，硝化棉燃烧起来。结论：对物体做功可以物体内能增加。

压缩空气做功的实验演示很重要，因为在学生的生活经验中，摩擦做功较为常见，但对于压缩气体体积也是做功的一种形式，则很不熟悉，理解上也困难得多。可以让学生到讲台上来做此实验，提醒做实验的学生快速压下活塞就可以。这个实验会引起学生的极大兴趣而印象深刻——压缩气体做功也可以改变物体的内能。给自己车打气是学生熟悉的，但绝大部分学生都没有认真地观察过，也不会深入地思考，特别是气筒下部的温度要更高一些这个现象也会让学生很意外。筒的下部温度升得更高，主要的原因是压缩空气做功增加了内能，摩擦在这里是次要的。同时也再次提示我们，观察是学习物理的最基本方法。

2. 学生体验实验：如图4每位同学来回弯折这段铁线一会儿（约10次），用手指触摸弯折处，有什么感觉？想一想为什么？

现象：弯折处发热、发烫。分析：用力弯折铁线是在做功，铁线弯折处发热，温度升高，内能增加。结论：对铁线做功，铁线内能增加。

弯折铁线能使温度升高是学生已有体验的生活现象，通过分析讲解，理解做功也可以改变物体的內能，也充分体现了生活走向物理的教学理念。

三、 创新实验：气体膨胀对外做功实验

1. 原实验室装置如图5所示，用铁架台、烧瓶夹固定玻璃瓶，注入少量水在玻璃瓶内，使用稍硬的塑料管连接打气筒和瓶塞、玻璃管。塞紧瓶塞后，用实验室常用的两用打气筒打几次，就能使瓶塞跳起，在瓶塞跳起的同时，瓶内出现水雾，瓶口产生“白气”。这是因为瓶内空气推动塞子做功了，是空气中水蒸气温度降低液化成小水珠形成的。这说明瓶内空气膨胀将塞子推出时，瓶内空气的温度降低了，内能减小了。得出结论：气体膨胀对外做功时，气体内能减小。

图5

利用这套实验装置存在几个问题：①不安全，玻璃瓶承受压强不是很大，容易破碎，造成伤害危险。②瓶塞跳起的瞬间，瓶内出现水雾和瓶口产生的“白气”很少，可见度不是很好。

2. 改进创新：如图6所示把可乐瓶口用橡皮塞塞住，塞子上系一根细绳，在靠近瓶底处装一个自行车气门芯，用打气筒给可乐瓶充气使瓶内空气压强增大至约3个大气压时瓶塞跳起，在瓶塞跳起的同时，瓶内出现水雾，瓶内和瓶口产生大量白气。

图6

这个实验器材用可乐瓶替代玻璃瓶的优点：①安全性很大的提高，可乐瓶可以承受10个大气压，不易破碎。②可见度和趣味性提高，可乐瓶容积大，产生的“白气”多，现象明显，非常直观。③学生非常乐意操作，趣味性强。

以上只是《物体的内能》实验资源的一部分，随着对实验资源的不断开发，会有更多的资源运用于本节课的实验教学。总之我们应脚踏实地，勇于探索，开辟新的途径去挖掘实验资源，为初中物理实验教学做出点滴贡献。运用实验教学，培养学生科学的学习态度，激发学生的学习兴趣，培养学生观察能力和思维能力，培养学生的实验操作能力，培养学生的创新意识，从而有效完成教学目标。

作者简介：

陈开韶，福建省三明市，大田县鸿图中学。