“空气压缩引火仪”实验改进

张军民 蔡旺

摘 要：在初中物理课堂演示实验过程中发现利用空气压缩引火仪研究做功能否改变物体的内能时实验现象不十分明显，进而引起思考，并对实验进行一系列改进，增强了实验的可操作性、方便性以及新颖性.

关键词：初中物理;空气压缩引火仪;实验改进

文章编号：1008-4134（2020）06-0022    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

初中物理教学是以实验为基础的科学，其中演示实验是整个实验教学的重要组成部分，它对学生建立物理概念和物理规律起到重要作用，同时对培养学生观察能力、思维能力和分析能力也起到积极作用.笔者听了苏科版九年级上册第十二章第四节“机械能与内能的相互转化”一节课教学，其中利用“空气压缩引火仪”研究做功能否改变物体的内能这一演示实验，笔者在观察教师们演示过程中，针对演示的具体情况，认为这一实验还有待于进一步改进.

1 教材实验分析

如图1所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一团蘸有乙醚的棉花，用力将活塞迅速下压，你看到了什么？

教师在演示实验过程中，基本上都是按照书本上要求去操作.从实际操作来看，演示实验大多数不容易做成功，原因有很多，但其中有一条是教师为了想让实验成功，往往在棉花上蘸了过量的乙醚.由于乙醚容易挥发，实验再没有及时演示，在棉花上将留下较多水份，结果弄巧成拙，实验反而不易成功.后来书本上对此实验又加以改进：在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放入一团棉花，棉花上不再蘸乙醚，但是笔者发现教师在做实验时仍然不易成功.笔者课后与教师们经过多次实验，对课本上的实验提出一些改进建议.

2 空气压缩引火仪实验改进

2.1 引火材料的改进

该实验是研究做功能否改变物体的内能，在向下用力压活塞时，要求下压要迅速，这样在短时间内通过做功将活塞机械能转化为空气和棉花的内能，使棉花瞬间内能增加较多，温度较高，从而使棉花燃烧.但是如果棉花团做得较大，容易造成里面不干燥，棉花不易燃烧.

改进一：使用的棉絮量要少，而且尽量蓬松、干燥，如图2所示，也可以使用脱脂棉絮做实验材料.同时在做实验时要注意使活塞下压的速度尽可能的快，这样，该实验现象较为明显.

改进二：将棉絮换成柔软干燥的卫生纸.经过笔者的试验和摸索，把棉絮换成柔软干燥的卫生纸效果也很好.首先这种材料在日常生活中既便宜又随处可见，其次是非常安全，还不会对空气压缩引火仪造成伤害.具体做法是把卫生纸撕下很细小的一块，用塑料棒把该纸片推入空气压缩引火仪底部进行试验即可.

改进意图：脱脂棉絮不常见，普通棉花不容易燃烧，同时活塞压缩如果较慢，实验效果也不是非常好.选用常用的卫生纸，比较干燥，不用担心引火材料是否缺乏的问题.

注意事项：每次实验后，都要让新鲜的空气进入到空气压缩引火仪内部，保证供氧量.具体做法是用较粗的笔杆而不是细铁丝之类的工具把新的实验材料——卫生纸推到空气压缩引火仪底部——这样可以把废气挤出.

改进三：使用火柴头上的“火药”.由于棉花一般家庭不常备，所以较为难找，即使找到了，实验效果也不太好，一方面其着火点较高，另一方面由于保存问题导致潮湿或者杂质多.所以采用了火柴头来做实验.一般来说，火柴头一定要严格控制数量（1/2或者1/3火柴头分量可以保证安全）.笔者过去由于经验欠缺，在使用火柴头做材料时，前几次实验都没有成功，同时火柴头都堆积在底部，没有注意及时清理出来.结果在做实验的时候，一声巨响，空气压缩引火仪底部被炸开，差点造成了教学事故.自那次实验以后不到万不得已，不采用化学药品类可燃物做这个实验.如果用了此类物质，也一定要在每次实验后注意清理药粉残留物，防止因为残留物堆积到一定的限度出现意外事故.

2.2 实验装置的改进

使用该实验装置进行实验，要使实验现象明显，演示者必须快速向下压活塞.但是在实际操作时，由于下压活塞过程中，里面气体的气压增大，下压的压力也增大，导致演示者不能快速向下压活塞，因此实验成功率较低.以前笔者在组织初中物理教师实验技能竞赛时，就使用过该实验装置，从实际操作来看，教师们在做此实验时，成功完成该实验的也不多.

2.2.1 实验装置存在的问题

课本上实验装置看起来精美，但是真正操作起来，还是存在很多问题，个人总结有以下四点：一是实验过程中演示者需要用手固定器材上部，防止在用力时由于用力方向有偏差而造成装置突然翻倒，如果用手握住，造成遮挡区域较大，学生观察受到影响;二是实验时还需要较大力气快速下压，对于力气较小的女教师和学生来说，该实验的成功率往往不高，初中物理實验技能竞赛结果也说明了这点;三是教师在教室做演示实验时，为了增加实验现象的可视度，需要将该实验装置放在高处让后面的学生也能看见，这样就导致身高较矮的教师和学生无法顺利操作;四是快速下压的稳定性不高，一旦翻倒会对操作人员手腕造成危险.正是存在上述原因，笔者在与教师交流过程中，认为对该实验装置进行适当改进，就可以快速完成上述实验.

2.2.2 实验器材操作上的改进

针对上述存在的问题，主要从器材辅助方面着手进行了一些改进.根据教学中存在的问题，设计了一套辅助实验器材，并将其命名为空气压缩引火仪辅助实验器.

辅助装置简介：滑道、金属圈、紧固螺丝、加强底座以及铁架台等（如图3所示）.

简单操作过程：将细小的卫生纸使用圆珠笔杆推入空气压缩引火仪底部（如图4所示）;然后将空气压缩引火仪放入金属圈（如图5所示）;再将辅助实验器的金属筒插在铁架台上，调节好辅助实验器高度（如图6所示）;迅速下压金属杆，可以清晰看见空气压缩引火仪内的卫生纸燃烧（如图7所示）;为了便于学生观察实验现象，将该装置放于高处的凳子上，实验仍可以方便顺利进行（如图8所示）.

2.2.3 辅助装置在使用时注意事项

为了使实验正常、方便、安全进行，在该实验上安装了辅助装置.但在实验演示时，使用辅助装置操作要注意两点：一是左手要扶住铁架台的金属杆，避免右手用力的时候压翻铁架台;二是辅助装置底座一定要用扳手将紧固螺丝牢牢固定在铁架台的金属杆上，如果辅助装置的金属筒松动，当我们用力下压时，松动的金属筒会突然沿着铁架台的金属杆向上移动冲击握着金属杆的手，这会造成伤害事故.因此为了操作安全一定要确保螺丝紧固到位，同时戴上防割手套.

3 实验改进几点感悟

之所以要对空气压缩引火仪实验进行改进，就是因为师生在实验时，操作难度大，实验现象也不太明显等问题，长期以来，许多教师在教学时对这个实验都是进行讲解，不想或不敢去做，怕失败.经改进后，该实验在教学中应用效果非常显著，师生反映也不错.同时，改进后的实验装置在江苏省初中物理实验创新比赛中获得二等奖.从上述实验改进后并在之后教学过程中应用来看，笔者对改进的实验有几点感悟：（1）操作更方便.改装后的实验装置，师生操作时省时省力，过程也比较简单，不太复杂;（2）现象更明显.该装置改进后，无论学生操作上还是女教师操作上方便多了，同时实验材料使用柔软干燥的卫生纸，使实验现象更加明显;（3）思路更新颖.在常见的压缩引火仪上加装杠杆，使用时即使是力气较小的师生也可以轻松操作，克服了原有器材中操作者力气小点火不明显的缺陷;（4）安装更稳定.整个实验装置是放在铁架台上的，并用铁圈固定好，使装置更加稳定，增强实验的成功率和安全性.

参考文献：

[1]颜沸，莫滨.空气压缩引火实验的改进[J].物理实验，2017，37（11）：56-58.

[2]刘小兵.基于“空气压缩引火仪”的改进 增强物理实验的教学效果[J].教育教学论坛，2013（43）：245-246.

[3]王準.空气压缩引火仪的改进[J].教学仪器与实验，2010，26（10）：13.

[4]陈彬.再议压缩空气引火实验的改进[J].教学仪器与实验，2008（05）：24.

[5]李特祥.“空气压缩引火仪”实验成功的诀窍[J].实验教学与仪器，2003（04）：19.

（收稿日期：2019-11-11）