有趣的物理小實驗 改變物體的內能的實驗對比和思路明晰
改變物體的內能的方法有兩種:做功和熱傳遞。其中做功可以分為兩種,對物體做功和物體對外做功。這兩種方法教科書上分別做了兩個實驗來驗證,但由於兩個實驗有些相似的地方,很容易把它們記混淆,我們在這裏把這兩個實驗做一個對比,就可以很清楚地看到這兩個實驗相同的地方和不同的地方。
實驗一:對物體做功實驗(如下圖)
實驗方法:在厚壁玻璃筒裏放一團醮有乙醚的棉花,把活塞迅速壓下去,觀察瓶內的現象。
實驗現象:棉花燃燒起來
原因:活塞迅速壓下去,活塞壓縮空氣對空氣做了功,使空氣的內能增大,温度升高,達到了棉花的着火點,使棉花燃燒了起來。
實驗結論:對物體做功,使物體的內能增大。
實驗實質:機械能轉化為內能
實驗二:物體對外做功實驗(如下圖)
實驗方法:在大口的玻璃瓶內裝一些水,水的上方有水蒸氣。給瓶內打氣,當瓶塞跳起時,觀察瓶內的現象。
實驗現象:當瓶塞跳起時,瓶內出現了“白霧”。
原因:瓶內空氣推動瓶塞做功,空氣的內能減小,温度降低,使水蒸氣液化形成小水滴。
實驗結論:物體對外做功,本身的內能減小。
實驗實質:內能轉化為機械能。
由於實驗二中先向瓶中打氣,所以學生經常誤會認為這是在壓縮空氣,使空氣內能增大。在這裏我們先向瓶內打氣的目的是讓瓶內的空氣增多(增大瓶內壓強),當瓶內的空氣多到瓶子裝不下的時候,就把塞子衝了出來。我們觀察的是當塞子跳起來後瓶內出現的現象,而不是向瓶中打氣時的現象。
把這兩個實驗綜合在一起我們可以看到,做功改變物體的內能其實是內能和機械能的相互轉化。
這裏的實驗二我們也可以利用身邊的器材來做類似的實驗:
【2009·重慶市】物理老師在課堂上用瓶壁較薄的礦泉水瓶做了如下演示:首先旋緊瓶蓋,接着兩手分別握住瓶的上、下部分,使勁擰緊瓶的下部,使其嚴重變形壓縮瓶內空氣,然後迅速旋開瓶蓋,可看到瓶蓋飛出數米遠,瓶口和瓶內有“白霧”產生(如圖)。
當瓶蓋被衝出時,我們看到礦泉水瓶內出現“白霧”是因為瓶內的空氣推動瓶蓋做功,內能減小,温度降低,瓶內水蒸氣液化形成的小水滴。
做功改變物體內能的事例生活中還有很多,水燒開後壺蓋會被頂起,是水蒸氣對壺蓋做功,本身內能減少,內能轉化為機械能。摩擦生熱是機械能轉化為內能。我們把這些例子歸納整理後,做功改變物體內能的相關知識我們就能夠地掌握地很牢固了。
選自:《初中物理自制教具》
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