改进传感器压缩气体做功实验-初中科学实验改进创新

浙江省宁波市江北区教育局教研室　吴利文

教学目标

知识与技能：

1.通过实验了解做功是改变物体内能的途径之一。

2.掌握物体做功与内能变化的规律。

过程与方法：

1.通过探究找到更好地体现内能改变导致温度变化这一现象的方法。

2.改进实验装置，通过数据定量分析和验证做功能改变物体内能。

情感、态度与价值观：

激发创新思维，提高解决问题的能力。

教材分析

“压缩空气发热”和“蒸汽对外做功”是华师大版《科学》九年级上册第7章第1节《物体的内能》中的两个活动。

空气压缩引火仪是“压缩空气发热”实验的经典仪器，实验现象明显，能够定性说明做功能改变物体内能。本实验需要快速压缩空气才能使实验效果达到最佳，但这个实验不易成功，而且温度变化不明显，导致学生对装置内温度是否升高存在疑问。为了让学生体验到实验成功的成就感，并且定量说明做功能改变物体内能，可利用传感器以及空气压缩瓶改进实验装置。

改进后的装置可以直观地看到物体对外界做功的实验现象。

本课的主体是九年级学生，学生已基本学完初中阶段的科学知识，且对电子产品接触较多，对新型实验装置接受度较高，可以利用压强传感器、温度传感器、湿度传感器改进空气压缩装置，使内能改变。

教学重难点

重点：了解做功能改变物体的内能。

难点：用传感器等仪器改进空气压缩装置并实验，定量分析实验结果。(www.xing528.com)

教学准备

空气压缩瓶、带孔橡皮塞、电脑、数据采集器、数据显示模块、数据线、温度传感器、温度探头、压强传感器、湿度传感器、打气筒。

·教学过程·

一、做一做，使用空气压缩引火仪演示实验

简单介绍空气压缩引火仪的结构和使用方法。

学生实验：取一块小的干燥硝化棉，用镊子把硝化棉拉得松散一些，放入玻璃筒筒底。将活塞涂上少许凡士林，放入玻璃筒的上口，迅速下压活塞。

观察实验现象：玻璃筒内的硝化棉发生变化，出现火花。提示学生打开空气压缩引火仪，扇闻气味。如果发现有烧焦气味，则说明硝化棉燃烧了。用手摸一摸玻璃筒外壁，感受温度的变化。

综合上述现象，得出“做功能改变物体内能”的结论。

二、议一议，分析实验现象并讨论改进方案

学生触摸玻璃筒外壁，质疑装置内温度是否真的升高了。引导学生讨论这一问题并尝试解决。

学生讨论：（1）能否用普通温度计测量实验中气体温度的变化？（2）能否用更精密的仪器将温度和气压的变化实时地呈现出来？（3）筒内高温高压的气体能否对外做功？

引导学生利用温度传感器、压强传感器改进实验装置。

三、动一动，连接传感器和电脑，通过作图使数据更加直观

小组合作组装实验仪器并连接电脑，利用打气筒向装置内不断打气，观察、记录多组数据，得到气压、温度、湿度随时间变化的图像，并注意观察塞子弹出瞬间筒口周围的现象。

学生定量分析气压、温度随时间变化的实验图像，得出结论：压缩空气，空气内能增大，温度升高，反之内能减小，温度降低。

此外，根据气压、湿度随时间变化的实验图像，以及观察到的塞子弹出瞬间筒口周围的现象，还能得出结论：一定质量的气体，当气压升高时，会发生液化现象，反之发生汽化现象。