DIS实验与传统实验的比较做功改变物体内能实验压缩空气做功

1、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，深受广大物理教师的喜爱。多年来，不少物理教师对此装置进行改进、改良和 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，硝化棉一定要蓬松且不

2、要打气筒，速度要快，如发现：硝化棉燃烧起来太多，迅速向下压图 5-9 所示。我们 了。第1页/共7页图 5-9 做功的传统实验图总结：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，直到达到硝化棉的燃烧点(硝化棉的燃烧点很低），使其燃烧起来。间接地证明了空气的温度升高，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。实验过程伴随着光、

3、声等现象，说明活塞对气体做功使气体内能增加，温度升高，达到乙醚(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”的传统实验进行改良和自制，但效果并没有质的提高，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不足,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：理解功与能的转化第2页/共7页实验原理：气体压缩，外界对气体做功，气体的内能增加，温度 升高实

4、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）打开中的数字化软件，点击软件”打开窗对“传感器”、图 5-10压缩空气做功的 dis 实验图计算机实验室“通用口后，“ 图 像 ”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像，挤压到最大程度后放开手柄并观察图像。如图 23 所示。算机让学实验纳出(4) 观察计上的图像 5 - 11 ，生讨论并分析图像的规律，归外界对气体做图 5-11 压缩空气做功”的 di

5、s 实验图像图第3页/共7页功和气体对外界做功两个时间段的温度变化特点，使学生认识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

6、后，图像上的温度下降，其原因是手柄放开后，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 实验与传统实验的对比通过对比 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。然而第4页/共7页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，

7、学生可以观察空气温度的图像来观察被压缩气体的温度变化，不仅直观性好，而且大大提高了可见度，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能力。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

8、究实验的结论，进而培养学生观察和分析图像的能力；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 仪器耗费时间多。（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，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