做功改變物體內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

做功改變物體內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新桂林市桂林中學(xué)王芊允使用教材滬粵版九年級(jí)上冊(cè)第12.1《認(rèn)識(shí)內(nèi)能》實(shí)驗(yàn)器材自制教具——針筒實(shí)驗(yàn)注射針筒，溫度傳感器，玻璃膠槍，輸液三通管自制教具——打氣瓶實(shí)驗(yàn)氣門芯，塑料瓶，溫度傳感器，打氣筒教材及學(xué)情分析（一）分析教材本節(jié)在第十二章中處于重要的基礎(chǔ)性地位，是宏觀能量向微觀能量的過渡，上接機(jī)械能與機(jī)械功，下啟內(nèi)能與熱機(jī)。主要內(nèi)容包括內(nèi)能的概念以及改變內(nèi)能的兩種方式。筆者將從做功改變物體內(nèi)能這一方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與突破。（二）分析學(xué)生內(nèi)能概念抽象，學(xué)生對(duì)其陌生，但生活中現(xiàn)象常見，可以利用九年級(jí)學(xué)生觀察能力強(qiáng)，好奇心足的特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，用看得見的現(xiàn)象反映看不見的內(nèi)能變化，突破做功改變物體內(nèi)能的難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生完成本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)。（三）分析教材中實(shí)驗(yàn)做功改變物體內(nèi)能是本節(jié)中的活動(dòng)一，教材主要展示了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明，分別是刀在磨刀石上摩擦后溫度升高，以及空氣壓縮引火儀實(shí)驗(yàn)。在教師教學(xué)參考用書中指出，實(shí)驗(yàn)應(yīng)為學(xué)生提供充分的感性素材，建議是簡單易行，效果新奇的實(shí)驗(yàn)以及簡單的生活實(shí)例。并對(duì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)能的轉(zhuǎn)化和能量守恒定律具有重要作用。四、過往不足從這兩點(diǎn)出發(fā)，我們可以發(fā)現(xiàn)教材中的實(shí)驗(yàn)存在著一些不足之處。（一）儀器不易操作在對(duì)氣體做功的實(shí)驗(yàn)中，我們使用了空氣壓縮引火儀，在使用過程中費(fèi)力且易造成儀器的損壞。為了增大成功率，一般由教師演示操作，而學(xué)生的體驗(yàn)感就不足。（二）現(xiàn)象不易觀察由于實(shí)驗(yàn)過程極短，學(xué)生容易錯(cuò)過。并且在產(chǎn)生火花后，教師無法有效說明在這么快的情況下，是由于壓縮儀本身活塞撞擊是硝化棉起火還是壓縮空氣溫度升高使硝化棉起火。（三）不全面課本中的兩個(gè)例子重點(diǎn)在于“外界對(duì)物體做功”，而對(duì)“物體對(duì)外界做功”帶來的改變則沒有提及，是不夠全面的。五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路實(shí)驗(yàn)改進(jìn)需要針對(duì)“三不”（不易操作，不易觀察，不全面）來進(jìn)行改進(jìn)，目的是依據(jù)課標(biāo)，創(chuàng)新出成功率高，便于觀察，能同時(shí)研究物體對(duì)內(nèi)對(duì)外做功帶來內(nèi)能變化的實(shí)驗(yàn)。因此，我將自制實(shí)驗(yàn)器材，在學(xué)生分組以及教師演示兩個(gè)方面帶來改進(jìn)。（一）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)一，針筒實(shí)驗(yàn)。（1）實(shí)驗(yàn)裝置由注射針筒，溫度傳感器，玻璃膠槍，輸液三通管組成。壓縮氣體，外界對(duì)氣體做功，打開閥門，氣體對(duì)外做功。溫度傳感器顯示溫度變化，從而反映內(nèi)能變化。（2）創(chuàng)新改進(jìn)1）采用DISLAB朗威溫度傳感器。溫度傳感器的使用方便測(cè)量針筒內(nèi)部溫度，且安全可靠，不易損壞。2）在壓縮氣體時(shí)采用了玻璃膠槍，壓縮氣體時(shí)如果單靠手動(dòng)壓縮，很難取得好的效果，并且一松手就會(huì)回彈，因此，具有省力杠桿結(jié)構(gòu)的玻璃膠槍成為了實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施。同時(shí)，因?yàn)椴Ａz槍的支架形態(tài)，使壓縮氣體時(shí)避免了手與針管的接觸，從而避免了熱傳遞對(duì)內(nèi)能變化的影響。3）為了同時(shí)研究氣體對(duì)外做功時(shí)內(nèi)能的變化，我采用了可以控制氣體進(jìn)出的輸液三通閥，兩端螺旋式的結(jié)構(gòu)能保證裝置的氣密性。閉合閥門，可用于探究外界對(duì)氣體做功。打開閥門，連接另一個(gè)針筒，用于探究氣體對(duì)外界做功。（3）改進(jìn)后效果1）將不易操作改為了易操作，不僅在課堂上，老師可以進(jìn)行操作，在傳感器配備齊全的學(xué)校里面，學(xué)生也可以自主操作，如果沒有傳感器，我們也可以花兩塊錢買一個(gè)數(shù)顯溫度器，組裝也較為便捷。2）有數(shù)據(jù)的量化過后，那么內(nèi)能的變化變?yōu)橐子^察。3）夠全面，不僅可以外界對(duì)氣體做功內(nèi)能的變化，同樣可以探究氣體對(duì)外界做功，使氣體的內(nèi)能變化。圖1針筒實(shí)驗(yàn)裝置圖2針筒實(shí)驗(yàn)學(xué)生操作（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)二，打氣瓶實(shí)驗(yàn)。（1）實(shí)驗(yàn)裝置采用氣門芯，塑料瓶，溫度傳感器，打氣筒組成。將一個(gè)塑料瓶瓶口處安裝氣門芯及自行車內(nèi)胎墊片，密封空氣的同時(shí)可以通過氣門芯可以將氣體打入塑料瓶中，然后在塑料瓶的尾部開口，將朗威溫度傳感器插入瓶子內(nèi)。便于顯示瓶子內(nèi)部溫度。瓶子內(nèi)裝入酒精。（2）創(chuàng)新改進(jìn)1）將容易損壞的空氣壓縮引火儀改成了可承受壓強(qiáng)更大的塑料瓶，器材常見，安全性高。為進(jìn)一步保證安全，我利用螺絲和線固定瓶蓋，避免擰開時(shí)沖出傷人。2）受到自行車打氣使輪胎發(fā)熱，內(nèi)能增大的啟發(fā)，將氣門芯和車輪內(nèi)胎巧妙的與塑料瓶結(jié)合在一起，我們可以通過氣筒打氣，實(shí)現(xiàn)外界對(duì)物體做功。由于塑料瓶沒有彈性，密封空氣較為困難，在多次嘗試比較后，我采用了彈性大，承壓強(qiáng)的704密封膠。3）同樣，筆者在瓶內(nèi)放入了溫度傳感器，另外在瓶子中滴入了酒精。打開蓋子后內(nèi)能減小，溫度降低，酒精液化，出現(xiàn)大量白霧。而打氣筒打氣使瓶子內(nèi)氣壓更大，擰開瓶蓋后發(fā)出巨響，吸引學(xué)生注意力。傳感器在電腦上顯示溫度，量化數(shù)據(jù)。三管齊下，共同激發(fā)學(xué)生的探知欲。（3）改進(jìn)后效果1）易操作。器材常見，操作簡單，塑料瓶的可承受壓強(qiáng)大，安全系數(shù)較高。2）實(shí)驗(yàn)中瓶蓋飛出時(shí)發(fā)出巨響，并且產(chǎn)生大量的白氣現(xiàn)象，較為震撼，依舊采用朗威溫度傳感器顯示溫度。從定性和定量兩個(gè)角度展現(xiàn)，瓶子內(nèi)部內(nèi)能，使學(xué)生印象更為深刻。3）夠全面，本實(shí)驗(yàn)裝置，不僅可以用來研究外界對(duì)氣體做功時(shí)內(nèi)能的變化情況，還能研究氣體對(duì)外界做重視氣體內(nèi)能的變化情況。并且瓶蓋飛出時(shí)，氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為瓶蓋的機(jī)械能，為下一節(jié)能的轉(zhuǎn)化做好鋪墊。圖3打氣瓶實(shí)驗(yàn)裝置圖4打氣瓶實(shí)驗(yàn)學(xué)生操作六、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)（一）實(shí)驗(yàn)總結(jié)以易操作、易觀察、夠全面為主要目標(biāo)，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，進(jìn)行了做功改變物體內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新。分別在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)以及教師演示實(shí)驗(yàn)中做出了一定的創(chuàng)新與突破，為接下來學(xué)習(xí)能的轉(zhuǎn)化與能量守恒定律做好鋪墊。（二）方案實(shí)施（1）精彩的課程導(dǎo)入以打氣瓶實(shí)驗(yàn)作為演示，展現(xiàn)震撼效果，吸引學(xué)生目光，激發(fā)學(xué)生探知欲。（2）分組實(shí)驗(yàn)的完善利用針筒實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生完成制定計(jì)劃、組裝器材、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析傳感器數(shù)據(jù)結(jié)果、得出結(jié)論等實(shí)驗(yàn)步驟，最終在實(shí)驗(yàn)探究中提升學(xué)生物理科學(xué)素養(yǎng)。（3）教學(xué)流程首尾呼應(yīng)在打氣瓶內(nèi)部安裝溫度傳感器，探知瓶內(nèi)內(nèi)能變化，揭秘開頭的導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從中體驗(yàn)探究物理的樂趣。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)效果