1、E-mail:56专化.实验研究2023年5 月物理教学参考第5 2 卷第5 期“改变物体内能实验”的改进任洪灿（贵州省遵义市新蒲新区教育体育局贵州遵义563000)文章编号：10 0 2-2 18 X(2023)05-0056-03中图分类号：G632.42文献标识码：B文章编号：10 0 2-2 18 X（2 0 2 3）0 5-0 0 5 6-0 3中图分类号：G632.42文献标识码摘要：通过对“改变物体内能”实验教材实验设计的改进，激发学生自主探究热情，引导学生经历能量的转移和车探究的实验过程，体会改变物体内能的两种途径，理解能量的转移和转化，有效落实科学探究的素养。关键词：物体内能
2、；能量的转移和转化；实验改进自然界中的能量不但可以从一个物体转移到其他物体，还可以从一种形式转化为另一种形式，遵循能量守恒定律，即能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变这个规律叫作能量守恒定律 1。物体的内能是物体内所有分子无规则运动的动能以及分子势能的总和，对“改变物体内能的两种途径”实验进行创新，从学生的学习主体地位出发，设计实验探究活动，放手让学生学会观察与动手实验，经历改变物体内能的探究过程，感悟实验改进和创新的思路方法，提高学生的科学探究素养。一、教材实验的分析针对“物体的内能”的教学，沪科版九年级物理第十三章第一
3、节设计了物体的内能和改变物体内能的两种途径和两个实验探究栏目。在学生认识物质由分子或原子组成的基础上，基于学生理解物体内能的经验，通过观察、分析演示实验现象，知道改变物体内能的两种方法；通过设计实验，探究改变物体内能的相关因素。教材中利用“压缩活塞使厚玻璃筒里的棉花燃烧”和“将一根铁丝快速反复弯折数十次，铁丝弯折处会发热”两个实验，得到做功可以改变物体的内能；通过列举炉子上的铁锅热得烫手，打开暖风机，室内温度就上升了以及太阳下的被子被晒得很暖和等生活实例，简单提及了热传递的三种形式，得出热传递也能改变物体的内能 2 。科学研究表明改变物体内能的途径是做功和热传递。基于对教学内容的分析，将实验教
4、学目标确定为：了解物体的内能，通过改进和创新实验探究找到改变物体内能的两种方法，知道做功和热传递能改变物体的内能，通过改进和创新实验养成良好的科学态度和实事求是的精神。掌握改变物体内能的探究方法，能用改变物体内能的方法分析生活中的问题；经历改进和创新教材中探究改变内能的两种途径。实验探究现象更加明显、效果更好，容易得出并验证实验结论。二、教材实验的不足学生经过八年级的物理学习，初步掌握了物理实验探究的基本步骤和学习物理知识的过程，但是对教材中的部分演示实验和分组实验还不能大胆创新，只是对教材实验进行验证，还常常出现实验现象不明显、无法得出结果、反复做都失败的现象，最终都是机械记忆教材中的结论。
5、学生通过物理实验探究的视角观察事物，利用物理思维分析问题的能力不强，往往感觉物理学习比较难。因此，本课教学的重难点是理解物体的内能，改变物体内能的实验创新，能量的转移和转化分析。三、教材实验的改进（一）教材实验探究探究1如图1所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小团硝化棉，迅速向下压活塞，硝化棉燃E-mail:.实验研究May.2023中物理教学参考Vo1.52No.5烧。这是为什么？实验原理活塞压缩玻璃筒内的空气，对筒内空气做功。实验过程反复向下压活塞对筒内空气做功。实验现象硝化棉燃烧表明筒内空气的温度升高，就是说，筒内空气的内能增加了。实验结论实验说明做功可以改变物体的内能。能量转化机械
6、能转化为内能。实验分析教材实验设计的优点是实验可以在短时间内完成，减少了热传递对实验带来的影响，硝化棉被迅速点燃有火光产生，现象明显直观 3 。但是，厚壁玻璃筒容易破裂，橡皮塞和活塞易老化，密封效果不好，影响实验效果。硝化棉是一种聚合物，分子量很大。具有高度可燃性和爆炸性，硝化棉包装易破损，导致湿润剂散失，容易引起自燃和火灾，所以实验室保存硝化棉难度较大。由于硝化棉保存难度大，实验装置存在不足，实验过程中向下压活塞，硝化棉很难燃烧，实验很难成功。没有直观现象可让学生明白活塞压缩玻璃筒内的空气，筒内空气的温度升高，内能增大的结论。发究2如图2 所示，将一根铁丝快速反复弯折数十次，铁丝弯折处会发热
7、，表明铁丝弯折处温度升高，铁丝的内能增加了。实验原理人对铁丝做功，铁丝内能增大。实验过程将一根铁丝快速反复弯折数十次对铁丝做功。实验现象用手去触摸铁丝弯折处，发现铁丝发热。实验结论铁丝弯折处发热说明铁丝弯折的温度升高，铁丝的内能增大是人对铁丝做了功。实验再次证明做功可以改变物体的内能。能量转化机械能转化为内能。实验分析铁丝的选择比较关键，铁丝的粗细图1图2和长短都影响实验操作。学生将硬度大的铁丝带进教学课堂会有安全隐患。将铁丝快速反复弯折数十次，只能用手去触摸铁丝弯折处才能知道铁丝弯折处发热，说明温度升高，铁丝的内能增大。所以，用手去触摸铁丝弯折会出现两种端：一是铁丝弯折处发热不明显，手感知温
8、度变化有人为因素存在；二是铁丝弯折处发热大，用手触摸易烫伤，存在不安全因素。（二）教材实验创新创新原理整合教材实验设计能够数字显示且一具多用的能量转化、转移探究仪。实验器材才2 个底部开口的塑料瓶；两根铝塑管及闸阀门；1 个橡胶塞；两个数显电子传感器温度计；1支打气筒。实验装置实验装置如图3 所示。能量转化、转移探究仪数显温度计1数显温度计2瓶2瓶1阀门2阀门1图31.探究做功改变物体内能探究1对物体做功，内能增加。实验步骤组装实验装置，打开阀门1，关闭阀门2，用带活塞密闭打气筒（内充满空气）连接塑料瓶1形成密闭空间，使瓶1、打气筒及其相连的铝塑管中的空气质量不变，用力压密闭打气筒内的活塞。观
9、察记录数显温度计1 的温度读数变化。将温度读数记录在表格中，如表1 所示。表1实验次数压活塞时间T/s数显温度计读数/实验现象1T=20 s2T2=30 s3T:=40 sE-mail:58(本文编辑：王萍.*实验研究2023年5月中物理教学参考第52 卷第5期实验结论对密闭打气筒连接塑料瓶1 的空气做功，塑料瓶内空气温度升高，塑料瓶内空气的内能增加。实验说明：做功可以改变物体的内能；由机械能转化为内能。探究2 牛物体对外做功，内能减少。实验步骤组装实验装置，用橡皮塞塞住塑料瓶1的瓶口，打开阀门1，关闭阀门2。用带活塞密闭打气筒连接塑料瓶1 形成密闭空间使塑料瓶1 中的空气质量不变，用力压密闭
10、打气筒内的活塞。观察塑料瓶1 的瓶口橡胶塞运动瞬间数显温度计1 的温度读数变化。实验现象塑料瓶1 的橡皮塞被弹起瞬间时，数显温度计1 的温度读数降低，说明塑料瓶1 内的空气内能减小。实验结论塑料瓶内的空气对橡皮塞做功，塑料瓶内空气温度降低，塑料瓶内空气的内能减少。实验说明：物体对外做功物体的内能减少；由内能转化为机械能。2.探究热传递改变物体内能教材根据观察周围的生活实例，让学生发现热传递也能改变物体的内能。例如，炒菜的铁锅热得烫手，说明通过热传导进行热传递改变物体的内能。打开暖风机一会，室内的温度就升高，说明通过对流进行热传递改变物体的内能。在太阳下晒棉被一段时间，棉被被晒得热乎乎的，说明通
11、过热辐射进行热传递改变物体的内能。探究3#热传递改变物体的内能。实验步骤组装实验装置，关闭阀门1 和阀门2。用酒精灯给铁架台上放人塑料瓶2 的烧杯中的水加热，观察塑料瓶2 内连接的数显温度计2 的温度读数变化。实验现象数显温度计2 的温度读数升高，说明塑料瓶2 内的空气内能增加。实验结论数显温度计2 的温度读数升高，塑料瓶2 内的空气内能增加。实验说明：热传递可以改变物体的内能，内能从一个物体转移到另一个物体。四、实验创新点实验器材容易准备，实验装置简单易操作，实验过程更加安全，器材可反复利用，节约资源，绿色环保。将做功和热传递整合在一起，达到一具多用的效果，多个实验整合在一起，能更好地验证对
12、物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，物体的内能减少。让学生更加了解知识之间的联系，进一步理解能量的转移和转化过程。用数显温度计代替硝化棉，数字温度计显示温度变化有具体数值，比较直观准确，实验现象更加明显。克服实验中硝化棉不易燃烧的不足，解决探究2 用手去触摸铁丝弯折处温度的定性变化情况，效果不明显或易烫伤手的缺点。基于数字化和原实验的整合，让实验现象具有直观性。培养学生的创造性和创新能力。五、结语笔者通过认真研究教材，反复研读课标，深人教学一线发现，教师针对该节内容的教学处理大多存在以下问题：一是多数教师没有进行实验探究教学，直接引导学生解读本节内容的知识点，对教材中的实验探究引导学生阅读
13、分析得出结论；二是教师准备教材中的实验探究器材，但是，在教学中实验探究几乎没成功，最后找各种客观原因告诉学生实验失败的原因，直接告知学生实验结论，让学生机械记住结论。探究实验流于形式，甚至为了在物理课堂上作秀而已，这样的实验探究教学现象令人担忧。因此，教师应该认真研究教材和课标，重视实验教学，根据教材和课标要求，充分利用现有实验器材进行演示实验和学生分组实验，课前反复实验，充分准备，大胆改进和创新教材中的实验探究，从而改变教师的实验教学观念，提高学生学习物理的兴趣，培养学生的观察能力、动手能力和思维能力，激发学生探索自然科学的兴趣，有效提高学生物理学科核心素养。参考文献1高静.FRP约束混凝土柱破坏机理分析及本构关系研究 D.石家庄：河北理工大学，2 0 1 0.2吴忠轩.人教版与沪科版初中物理教材比较分析 D.重庆：西南大学，2 0 2 0.3贾科选.初中物理自制教具的开发与应用 D.合肥：合肥师范学院，2 0 2 1.