《内能与热机》的实验设计与教具筹制，本文主要内容关键词为：热机论文,教具论文,能与论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
沪科版物理课改教材9年级第12章《内能与热机》对内能的改变、热量、比热容、燃料的燃烧值、热机效率等热学概念做了基本的阐述，并就内燃机的原理和应用，热机发展对人类社会发展的作用，及其带来的环保问题也做了科普性的介绍。
本章教学主要采用教师演示与学生分组的探究方式，实施中要注重学生积极主动的参与。实验设计建议如下：
一、温度与内能的实验探究活动
1.课前学生的自主探究活动
①感受温度：用手去触摸冰块、自来水和温水；把手伸进冰箱冷藏室里或小心地靠在火焰附近去感受冷热。
②试着了解物体的热胀冷缩：装满水的水壶，水烧开时，水会从壶口漫出来；冬天马路边电线杆上的电线为什么比夏天绷得紧？
2.课堂探究活动
①教师演示学生参与研讨：
比较液体、气体、固体的热膨胀程度（图1）。
图1 物体热膨胀演示组合
1.煤油热膨胀组件 2.空气热膨胀组件 3.Φ8mm钢棒 4.水 5.石棉网 6.酒精灯 7.铁架台 8.铁环 9.大烧杯 10.木夹
把液体温度计原理模型、气体温度计原理模型和一只与前2只模型所用的试管等长的铜棒（或铁棒），同时放进一个水槽中，加热水槽。水槽中水温上升，浸在热水内的物体温度也升高。我们可以看到封在试管中的液体、气体的体积增加，而铁棒长度却设有明显增加。
利用温度计，介绍温度计的构造和正确使用温度计测量物体温度。
②学生分组探究：
每一同桌2人为一组，利用温度计测量一杯冷水的温度、一杯热水的温度和各人手心的温度，并记下测量值。
③教师演示学生参与研讨：
利用水气的雾化装置探究（图2）。
图2 水雾发生演示器
1.铁架台 2.打气嘴 3.铁皮带环 4.塑料瓶 5.橡皮塞 6.牵线
在一个大的塑料饮料瓶中滴入少量水和酒精，塞紧瓶口的橡皮塞，用气筒向瓶内打气，最终瓶中气体会冲开橡皮瓶塞而出，几乎同时瓶内出现了薄薄的雾气（水和酒精蒸汽发生液化）。
说明：瓶中温度有明显的下降→物体对外做功，物体内能减少。
④学生分组探究：
反复地去弯折一根铁丝，弯折处会发热（用手可以试出来）→对物体做功，物体内能增加。
3.学生课后探究活动
①用温度计跟踪观测一杯热水的内能减少过程（降温过程），也可以用温度计跟踪观测冷水烧开的内能增加过程（升温过程），要注意安全。
②用打气筒给自行车打气，充气后用手摸一下打气筒钢管的下部温度比打气前是否有所上升，想一想其中的道理。
二、物质的比热容的科学探究
1.课前学生探究活动
①往2只相同的一次性纸杯中倒入开水，第一杯倒满杯，第二杯倒半杯。利用钟表和温度计来观察两杯水冷却的快慢，想一想其中有什么道理。
②有条件的可以用2只相同的一次性纸杯，分别装入温度相同、质量相同的热水、浓牛奶，放在桌上，利用钟表和温度计观察它们冷却的快慢，想一想其中原因。
2.课堂学生分组探究活动
①参照课本自制功率相同的电热器2只，利用水、煤油、钟表、温度计、学生用电源做实验（图3），第一组在2只电热器中分别装入质量不同、初温相同的水（m[，1水]=2m[，2水]），通电加热使它们升高相同温度（ΔT[，1]=ΔT[，2]），观察加热时间：t[，1]≈2t[，2]，推出：Q[，吸1]≈2Q[，吸2]，证明：Q[，吸]与M成正比。
图3 探究物质吸热性质的实验装置图
第二组，分别在2只电热器中装入初温相同，质量相同的水和煤油。通电加热使它们升高到相同温度，观察加热时间：t[，水]＞t[，煤油]，推出：Q[，水吸]＞Q[，煤吸]，证明：Q[，吸]与不同物质热传递特性有关。
综合上述结论可得：
Q=Cm（T-T[，0]）→C=Q/m（T-T[，0]）
②采用大水槽集中供热的方法（图4），也可得到①的实验结果。
图4 比较物质的比热演示组合
1.温度计 2.煤油试管 3.空气试管 4.钢棒 5.石棉网 6.酒精灯 7.铁架台 8.铁环 9.烧杯 10.水 11.木夹 12.支架
影响实验准确程度的因素较多，如：水、煤油质量不准、电热器功率不一致、额外热损失等。实验时要注意尽量减少这些影响造成的误差，在归纳结论时也要把这些影响考虑进去。使用电热器时还要注意用电安全。
3.课后学生探究活动
想一想，用什么方法，能大致测出正在燃烧着的煤炉内部温度？最好能在家长的协助下实际做一做。
三、内燃机
1.课前学生探究活动
①在家长指导下，燃放几只鞭炮，体会内能转化成机械能的过程。
②骑自行车，体会脚的上下往返运动变成链轮的连续转动的道理。
2.课堂探究活动
①教师演示：用爆发冲程演示器（图5）演示爆发冲程工作原理。
图5 爆发冲程能量转换演示器
1.橡皮塞 2.有机玻璃管 3.橡皮塞 4.电极接线柱 5.牵线 6.支架 7.铁架台
往有机玻璃管（用其他厚壁塑料管也行）中滴几滴无水酒精，塞上上口的橡皮塞（稍微紧一点）。等待片刻让酒精在管内充分挥发后，通电产生电火花，点燃酒精与空气混合气体。随着一声响，燃气把橡皮塞推向空中。燃气完成了内能向机械能转化。
实验时，橡皮塞最好连着1米多长的棉线，省得橡皮塞冲出后要到处寻找。
②教师演示：利用汽油机、柴油机模型向学生讲解四步冲程原理。
3.课后学生探究活动
①参照书中提供的汽油机四冲程原理图，用硬纸板做一个模型，去体会内燃机四冲程工作原理。
②有些摩托车、航模发动机是二冲程内燃机。查资料，请教内行，了解二冲程内燃机的工作原理，再想一想它与四冲程内燃机各有什么利弊。
四、热机效率和环境保护
1.课前学生自主探究活动
①尽可能了解目前有多少种燃料在经常使用，并收集其中的一些样品。
②调查一下，一个普通的家庭每个月生活用煤气，生活用无烟煤等不同燃料大致各需多少千克。想一想，为什么？
2.课堂探究活动
①教师演示：点燃一根火柴，再点燃一根蘸有润滑油与火柴等长的细铁丝，可以明显看到：后者火头大，燃烧时间也较长。
②教师利用图表或模型讲解，热机中燃烧获得热量的分流情况，建立热机效率概念。
3.课后学生探究活动
①乘一次公共汽车，考察分析汽车发动机燃烧汽油获取的热量的大致流向。想一想，怎样提高发动机的热效率？怎样控制汽车尾气对环境的负面影响？
②假如你家中使用的是管道煤气热水器，请想办法，试着测出它的热效率。
本章所做的探究实验，一般误差较大，只能用于定性的研讨。实验中经常要使用电、明火等有危险的物体，实验中一定要注意安全。留在课后的探究，要在家长配合指导下进行，以免发生不必要的事故。
五、本章教具筹制
（1）物体热膨胀演示（图1）：
由大烧杯、酒精灯、装满煤油（染成红色）的小试管，封闭着空气的小试管，与小试管等长的Φ8mm的钢棒等组合而成。
（2）水汽雾化瓶（图2）：
容积是1.25L的透明塑料饮料瓶，瓶内滴有水和酒精，瓶口用橡皮塞塞紧，瓶底安有给自行车胎打气用的气嘴。
（3）电热器制作（图3）：
取市场上买来的“300W220V”的电炉丝一条，设法截下电阻值约为10Ω的2截，分别装入2只相同大小的锥形烧瓶内。实验时通10V直流电，这时电热器功率约为10W。
（4）爆发冲程演示器（图5）：
取Φ30mm PVC热水管长10cm，下面用胶水把橡皮塞塞紧粘牢，并装上2个铜丝做成的电极，上面用橡皮塞塞紧并连有1米长左右的线绳。
标签：实验设计论文;