張軍民 蔡旺

摘 要：在初中物理課堂演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)利用空氣壓縮引火儀研究做功能否改變物體的內(nèi)能時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不十分明顯，進(jìn)而引起思考，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一系列改進(jìn)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可操作性、方便性以及新穎性.

關(guān)鍵詞：初中物理;空氣壓縮引火儀;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-4134（2020）06-0022 ? ?中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

初中物理教學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，其中演示實(shí)驗(yàn)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，它對(duì)學(xué)生建立物理概念和物理規(guī)律起到重要作用，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力和分析能力也起到積極作用.筆者聽(tīng)了蘇科版九年級(jí)上冊(cè)第十二章第四節(jié)“機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化”一節(jié)課教學(xué)，其中利用“空氣壓縮引火儀”研究做功能否改變物體的內(nèi)能這一演示實(shí)驗(yàn)，筆者在觀察教師們演示過(guò)程中，針對(duì)演示的具體情況，認(rèn)為這一實(shí)驗(yàn)還有待于進(jìn)一步改進(jìn).

1 教材實(shí)驗(yàn)分析

如圖1所示，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放入一團(tuán)蘸有乙醚的棉花，用力將活塞迅速下壓，你看到了什么？

教師在演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，基本上都是按照書(shū)本上要求去操作.從實(shí)際操作來(lái)看，演示實(shí)驗(yàn)大多數(shù)不容易做成功，原因有很多，但其中有一條是教師為了想讓實(shí)驗(yàn)成功，往往在棉花上蘸了過(guò)量的乙醚.由于乙醚容易揮發(fā)，實(shí)驗(yàn)再?zèng)]有及時(shí)演示，在棉花上將留下較多水份，結(jié)果弄巧成拙，實(shí)驗(yàn)反而不易成功.后來(lái)書(shū)本上對(duì)此實(shí)驗(yàn)又加以改進(jìn)：在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放入一團(tuán)棉花，棉花上不再蘸乙醚，但是筆者發(fā)現(xiàn)教師在做實(shí)驗(yàn)時(shí)仍然不易成功.筆者課后與教師們經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)課本上的實(shí)驗(yàn)提出一些改進(jìn)建議.

2 空氣壓縮引火儀實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.1 引火材料的改進(jìn)

該實(shí)驗(yàn)是研究做功能否改變物體的內(nèi)能，在向下用力壓活塞時(shí)，要求下壓要迅速，這樣在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)做功將活塞機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣和棉花的內(nèi)能，使棉花瞬間內(nèi)能增加較多，溫度較高，從而使棉花燃燒.但是如果棉花團(tuán)做得較大，容易造成里面不干燥，棉花不易燃燒.

改進(jìn)一：使用的棉絮量要少，而且盡量蓬松、干燥，如圖2所示，也可以使用脫脂棉絮做實(shí)驗(yàn)材料.同時(shí)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意使活塞下壓的速度盡可能的快，這樣，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為明顯.

改進(jìn)二：將棉絮換成柔軟干燥的衛(wèi)生紙.經(jīng)過(guò)筆者的試驗(yàn)和摸索，把棉絮換成柔軟干燥的衛(wèi)生紙效果也很好.首先這種材料在日常生活中既便宜又隨處可見(jiàn)，其次是非常安全，還不會(huì)對(duì)空氣壓縮引火儀造成傷害.具體做法是把衛(wèi)生紙撕下很細(xì)小的一塊，用塑料棒把該紙片推入空氣壓縮引火儀底部進(jìn)行試驗(yàn)即可.

改進(jìn)意圖：脫脂棉絮不常見(jiàn)，普通棉花不容易燃燒，同時(shí)活塞壓縮如果較慢，實(shí)驗(yàn)效果也不是非常好.選用常用的衛(wèi)生紙，比較干燥，不用擔(dān)心引火材料是否缺乏的問(wèn)題.

注意事項(xiàng)：每次實(shí)驗(yàn)后，都要讓新鮮的空氣進(jìn)入到空氣壓縮引火儀內(nèi)部，保證供氧量.具體做法是用較粗的筆桿而不是細(xì)鐵絲之類(lèi)的工具把新的實(shí)驗(yàn)材料——衛(wèi)生紙推到空氣壓縮引火儀底部——這樣可以把廢氣擠出.

改進(jìn)三：使用火柴頭上的“火藥”.由于棉花一般家庭不常備，所以較為難找，即使找到了，實(shí)驗(yàn)效果也不太好，一方面其著火點(diǎn)較高，另一方面由于保存問(wèn)題導(dǎo)致潮濕或者雜質(zhì)多.所以采用了火柴頭來(lái)做實(shí)驗(yàn).一般來(lái)說(shuō)，火柴頭一定要嚴(yán)格控制數(shù)量（1/2或者1/3火柴頭分量可以保證安全）.筆者過(guò)去由于經(jīng)驗(yàn)欠缺，在使用火柴頭做材料時(shí)，前幾次實(shí)驗(yàn)都沒(méi)有成功，同時(shí)火柴頭都堆積在底部，沒(méi)有注意及時(shí)清理出來(lái).結(jié)果在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，一聲巨響，空氣壓縮引火儀底部被炸開(kāi)，差點(diǎn)造成了教學(xué)事故.自那次實(shí)驗(yàn)以后不到萬(wàn)不得已，不采用化學(xué)藥品類(lèi)可燃物做這個(gè)實(shí)驗(yàn).如果用了此類(lèi)物質(zhì)，也一定要在每次實(shí)驗(yàn)后注意清理藥粉殘留物，防止因?yàn)闅埩粑锒逊e到一定的限度出現(xiàn)意外事故.

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

使用該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，演示者必須快速向下壓活塞.但是在實(shí)際操作時(shí)，由于下壓活塞過(guò)程中，里面氣體的氣壓增大，下壓的壓力也增大，導(dǎo)致演示者不能快速向下壓活塞，因此實(shí)驗(yàn)成功率較低.以前筆者在組織初中物理教師實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽時(shí)，就使用過(guò)該實(shí)驗(yàn)裝置，從實(shí)際操作來(lái)看，教師們?cè)谧龃藢?shí)驗(yàn)時(shí)，成功完成該實(shí)驗(yàn)的也不多.

2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置存在的問(wèn)題

課本上實(shí)驗(yàn)裝置看起來(lái)精美，但是真正操作起來(lái)，還是存在很多問(wèn)題，個(gè)人總結(jié)有以下四點(diǎn)：一是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中演示者需要用手固定器材上部，防止在用力時(shí)由于用力方向有偏差而造成裝置突然翻倒，如果用手握住，造成遮擋區(qū)域較大，學(xué)生觀察受到影響;二是實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要較大力氣快速下壓，對(duì)于力氣較小的女教師和學(xué)生來(lái)說(shuō)，該實(shí)驗(yàn)的成功率往往不高，初中物理實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽結(jié)果也說(shuō)明了這點(diǎn);三是教師在教室做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了增加實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可視度，需要將該實(shí)驗(yàn)裝置放在高處讓后面的學(xué)生也能看見(jiàn)，這樣就導(dǎo)致身高較矮的教師和學(xué)生無(wú)法順利操作;四是快速下壓的穩(wěn)定性不高，一旦翻倒會(huì)對(duì)操作人員手腕造成危險(xiǎn).正是存在上述原因，筆者在與教師交流過(guò)程中，認(rèn)為對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，就可以快速完成上述實(shí)驗(yàn).

2.2.2 實(shí)驗(yàn)器材操作上的改進(jìn)

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，主要從器材輔助方面著手進(jìn)行了一些改進(jìn).根據(jù)教學(xué)中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套輔助實(shí)驗(yàn)器材，并將其命名為空氣壓縮引火儀輔助實(shí)驗(yàn)器.

輔助裝置簡(jiǎn)介：滑道、金屬圈、緊固螺絲、加強(qiáng)底座以及鐵架臺(tái)等（如圖3所示）.

簡(jiǎn)單操作過(guò)程：將細(xì)小的衛(wèi)生紙使用圓珠筆桿推入空氣壓縮引火儀底部（如圖4所示）;然后將空氣壓縮引火儀放入金屬圈（如圖5所示）;再將輔助實(shí)驗(yàn)器的金屬筒插在鐵架臺(tái)上，調(diào)節(jié)好輔助實(shí)驗(yàn)器高度（如圖6所示）;迅速下壓金屬桿，可以清晰看見(jiàn)空氣壓縮引火儀內(nèi)的衛(wèi)生紙燃燒（如圖7所示）;為了便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，將該裝置放于高處的凳子上，實(shí)驗(yàn)仍可以方便順利進(jìn)行（如圖8所示）.

2.2.3 輔助裝置在使用時(shí)注意事項(xiàng)

為了使實(shí)驗(yàn)正常、方便、安全進(jìn)行，在該實(shí)驗(yàn)上安裝了輔助裝置.但在實(shí)驗(yàn)演示時(shí)，使用輔助裝置操作要注意兩點(diǎn)：一是左手要扶住鐵架臺(tái)的金屬桿，避免右手用力的時(shí)候壓翻鐵架臺(tái);二是輔助裝置底座一定要用扳手將緊固螺絲牢牢固定在鐵架臺(tái)的金屬桿上，如果輔助裝置的金屬筒松動(dòng)，當(dāng)我們用力下壓時(shí)，松動(dòng)的金屬筒會(huì)突然沿著鐵架臺(tái)的金屬桿向上移動(dòng)沖擊握著金屬桿的手，這會(huì)造成傷害事故.因此為了操作安全一定要確保螺絲緊固到位，同時(shí)戴上防割手套.

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)幾點(diǎn)感悟

之所以要對(duì)空氣壓縮引火儀實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，就是因?yàn)閹熒趯?shí)驗(yàn)時(shí)，操作難度大，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不太明顯等問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，許多教師在教學(xué)時(shí)對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)都是進(jìn)行講解，不想或不敢去做，怕失敗.經(jīng)改進(jìn)后，該實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中應(yīng)用效果非常顯著，師生反映也不錯(cuò).同時(shí)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置在江蘇省初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新比賽中獲得二等獎(jiǎng).從上述實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后并在之后教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用來(lái)看，筆者對(duì)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)有幾點(diǎn)感悟：（1）操作更方便.改裝后的實(shí)驗(yàn)裝置，師生操作時(shí)省時(shí)省力，過(guò)程也比較簡(jiǎn)單，不太復(fù)雜;（2）現(xiàn)象更明顯.該裝置改進(jìn)后，無(wú)論學(xué)生操作上還是女教師操作上方便多了，同時(shí)實(shí)驗(yàn)材料使用柔軟干燥的衛(wèi)生紙，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯;（3）思路更新穎.在常見(jiàn)的壓縮引火儀上加裝杠桿，使用時(shí)即使是力氣較小的師生也可以輕松操作，克服了原有器材中操作者力氣小點(diǎn)火不明顯的缺陷;（4）安裝更穩(wěn)定.整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置是放在鐵架臺(tái)上的，并用鐵圈固定好，使裝置更加穩(wěn)定，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的成功率和安全性.

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（收稿日期：2019-11-11）