自制简易做功改变内能实验器

董子贵

( 泗县黑塔初级中学 安徽 宿州 234341)

在以前的中学物理教材及教学中，“压缩气体做功，气体内能增大”与“气体膨胀对外做功，气体内能减少”是两个独立的实验，分别采用“压缩引火仪”与“气体做功内能减少实验器”两套实验装置.实验装置结构复杂，操作繁琐，成功率不高.每次实验都要消耗硝化棉、酒精等材料并且排放硝化棉燃烧后形成的有毒废气及酒精蒸气，不利于环保.

现在，我们仅使用“简易做功改变内能实验器”的装置，便可以轻松完成上述两个实验；实验装置不仅结构简单，而且操作方便.

1 制作材料

空矿泉水塑料瓶1个，酒精8～12滴，502速干胶少许.

2 仪器特点

本实验器主要用矿泉水塑料瓶制作，一次滴加酒精，便可长时间(约半年)多次(300次以上)重复使用，节省材料，价格低廉，制作方便，效果明显，性能稳定，绿色环保.学生人人可做，利于推广.

3 仪器用途

本实验器用于演示及说明“气体膨胀做功内能减少”和“压缩气体做功内能增加”.

4 制作方法

(1)取一个刚被喝干的空矿泉水塑料瓶，撕掉瓶外印有商品标签的塑料纸.

(2)将空矿泉水塑料瓶瓶盖拧下，用卫生纸条伸入瓶内将瓶内残存的水吸干或让其自然风干.

(3)向空矿泉水塑料瓶里滴8～12滴酒精.盖上瓶盖并用力拧紧.必要时，可用502速干胶将瓶口彻底胶死.这样，实验器就制作完成了.如图1所示.

图1 图2 图3

5 使用方法

(1)左手握住实验器上段，右手握住实验器下段.

(2)双手分别向相反的方向用力拧矿泉水瓶，像拧毛巾一样.同时，双手适当地用力挤压瓶中气体.

(3)将瓶内气体的体积压缩到原来体积的一半左右，我们仍可以看到瓶内气体无色透明，如图2所示.这时，握住实验器的双手突然松开，我们会看到，瓶中立即出现浓浓的“白气”，如图3所示.瓶中的“白气”需要10～20 s的时间才能完全消失.

(4)当瓶中出现浓浓的“白气”之后，双手再像刚才那样，立即分别向相反的方向用力拧矿泉水瓶，挤压瓶中气体，则瓶中的“白气”立即消失.又如图2所示.

6 实验原理

酒精在密闭的矿泉水塑料瓶里蒸发，致使瓶内空气中混有大量的酒精蒸气.当双手分别向相反的方向用力拧矿泉水瓶、压缩瓶内气体时，由于压缩气体做功，瓶内气体温度会略有升高，这使得瓶内气体中的酒精蒸气浓度更高.当双手突然松开时，瓶内气体迅速膨胀，将矿泉水塑料瓶重新胀起，对外做功，内能减少，温度降低，瓶内空气中所混的大量酒精蒸气迅速液化，形成酒精液滴并悬浮在瓶内空气中，这就是我们看到的“白气”. 当双手再次分别向相反的方向用力拧矿泉水瓶、压缩瓶内气体做功时，瓶中气体内能增大，温度升高，悬浮在瓶内空气中的酒精液滴迅速汽化，“白气”立即消失.

7 注意事项

(1)为防止漏气，应选用新的矿泉水塑料瓶，不能用老化的矿泉水塑料瓶.

(2)滴加酒精后，瓶盖一定要用力拧紧，最好用502速干胶将瓶口彻底胶死.

(3)实验时，只要把瓶内气体的体积压缩到原来体积的一半左右即可，不必过于压缩.