(1. 浙江省紹興市柯橋區(qū)蘭亭鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 紹興 312041；2. 浙江省紹興市柯橋區(qū)齊賢鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 紹興 312065)

·實(shí)驗(yàn)研究·

“高見度”做功沖程模擬實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新制作

黃建林1朱春鳳2

(1. 浙江省紹興市柯橋區(qū)蘭亭鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 紹興 312041；2. 浙江省紹興市柯橋區(qū)齊賢鎮(zhèn)中學(xué)，浙江 紹興 312065)

在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)做功沖程難以用語言表達(dá)，按照書本實(shí)驗(yàn)在演示時(shí)存在一些問題，筆者通過對(duì)這些問題的分析，動(dòng)手實(shí)踐，制作了一款“高見度”內(nèi)燃機(jī)做功沖程實(shí)驗(yàn)裝置，可有效突破教學(xué)難點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

高見度；內(nèi)燃機(jī)；做功沖程；實(shí)驗(yàn)裝置

1 問題的提出

在初中物理教學(xué)中，“內(nèi)燃機(jī)”是浙教版《科學(xué)》和華師大版《科學(xué)》九年級(jí)中“物體內(nèi)能”的內(nèi)容，它是燃料在機(jī)器的氣缸里燃燒的熱機(jī)，其工作過程主要是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成的。在使用浙教版教材的教學(xué)過程中，會(huì)遇到如下問題：(1) 在上這節(jié)課時(shí)，教師往往會(huì)拿著內(nèi)燃機(jī)模型講解，但對(duì)于做功沖程這個(gè)過程無法直接演示，以至于出現(xiàn)老師臺(tái)上講得“滔滔不絕”，臺(tái)下學(xué)生聽得“云里霧里”，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低下[1]。(2) 因?yàn)樽龉_程無法直接用實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生缺乏必要的感性認(rèn)識(shí)，在理解做功沖程的過程中存在一定的認(rèn)知障礙，出現(xiàn)知其然、卻不知其所以然的現(xiàn)象。

圖1

為了說明內(nèi)燃機(jī)的工作原理，華師大版《科學(xué)》教材使用了如圖1所示的裝置，它使用一個(gè)厚壁的有機(jī)玻璃圓筒，筒內(nèi)的兩根放電針連接起電機(jī)，演示時(shí)把少量汽油噴入圓筒內(nèi)，用軟木塞塞住筒口，搖動(dòng)起電機(jī)，看到軟木塞沖出。但此實(shí)驗(yàn)存在以下問題：(1) 在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，汽油這種燃料相對(duì)比較難找。(2) 該裝置比較復(fù)雜，演示時(shí)必須與起電機(jī)連接。(3) 用如圖1所示的裝置演示做功沖程時(shí)，成功率相對(duì)較低。

2 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)及制作

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

礦泉水瓶、6分電線護(hù)套管、普通電子打火機(jī)、10mL注射器所帶的針頭、導(dǎo)線(里面有二根軟銅線)、熱熔膠槍、膠布、95%酒精等。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置的制作

2.2.1 電子打火器的連接

取一只電子打火機(jī)，小心拆下里面的電子打火裝置，找一根銅導(dǎo)線，把導(dǎo)線的兩端分別接在打火裝置的導(dǎo)線上和它的電池上，有條件的話最好焊接一下(如圖2)，并用膠布包扎好，防止漏電(如圖3)。

圖2

圖3

2.2.2 放電針的制作

先把導(dǎo)線纏繞在針頭上，注意針頭的最尖端最好背靠背，這樣更有利于放電(如圖4)，用膠布包扎，然后用老虎鉗把針頭彎成一定的角度，使兩針頭的距離大約在3～4mm左右(如圖5)，連接好之后，先用電子打火裝置試打一下，調(diào)整針頭間距，使兩者之間很容易產(chǎn)生電火花。

圖4

圖5

2.2.3 6分管中線的連接

把做好的電子打火器和放電針穿進(jìn)6分管中，并在針頭膠布處用熱熔膠固定和密封(如圖6)，注意防止放電針移動(dòng)。在另一端打個(gè)結(jié)，也固定在6分管中，并用熱熔膠固定(如圖7)，把礦泉水瓶去蓋后套在6分管上待用(如圖8)。

圖6

圖7

圖8

2.3 實(shí)驗(yàn)演示

演示前先取下礦泉水瓶，然后倒1ml左右的95%酒精，用力振蕩，使酒精以蒸氣的形式分布在瓶?jī)?nèi)，然后瓶口朝下，把多余的酒精倒掉(以防止酒精過多引起著火)。再將帶放電針的6分管插入瓶中(注意放電針不要碰到礦泉水瓶底，否則不會(huì)產(chǎn)生火花)。手拿6分管，避開人和易碎物，按壓電子打火裝置，聽到“嘭”的一聲巨響，在礦泉水瓶口會(huì)看到一團(tuán)白霧，同時(shí)礦泉水瓶迅速飛出近20米。

2.4 注意事項(xiàng)

此實(shí)驗(yàn)為爆炸實(shí)驗(yàn)，存在一定的危險(xiǎn)，需教師親自操作，特別關(guān)注安全！實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：(1) 在礦泉水瓶中倒入的酒精不能太多，演示時(shí)必須把多余的酒精倒掉，以防演示點(diǎn)火后著火。(2) 此裝置威力巨大，演示時(shí)不能對(duì)人和易碎品。演示時(shí)由于會(huì)發(fā)出巨大的爆炸聲，在演示前先提醒學(xué)生做好心理準(zhǔn)備。(3) 礦泉水瓶可飛出近20米，最好在室外空曠處發(fā)射。

3 改進(jìn)評(píng)估

這個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)可概括如下：

(1) 實(shí)驗(yàn)材料簡(jiǎn)單，材料全都來源于生活，深得學(xué)生喜愛。首先，取材方便簡(jiǎn)單，大多都是廢物的重新利用。特別是燃料的選擇，采用95%酒精做燃料，基本每個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室中都有。再者，裝置易于加工，成本低，但思維含量高、親和力強(qiáng)。

(2) 實(shí)驗(yàn)可視度高，有效彌補(bǔ)了教材實(shí)驗(yàn)的不足。點(diǎn)火裝置的使用，學(xué)生用肉眼便可看到二個(gè)針頭間有火花冒出，讓學(xué)生有一定的感性認(rèn)識(shí)。同時(shí)爆炸所發(fā)出的聲響和沖擊力給學(xué)生足夠的震撼，充分激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性和他們對(duì)內(nèi)燃機(jī)的探究欲。通過此裝置的演示，使學(xué)生充分了解做功沖程中氣體點(diǎn)火膨脹對(duì)外做功的原理。

(3) 操作簡(jiǎn)單且成功率高，此裝置操作簡(jiǎn)便且易控制，只要輕輕一按電子點(diǎn)火裝置，實(shí)驗(yàn)就能進(jìn)行。

4 結(jié)語

筆者從多方面對(duì)教材中的有關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，使得原來裝置復(fù)雜、材料難找等難題得以改變，大大提高了實(shí)驗(yàn)的可視性和可操作性，同時(shí)讓學(xué)生有身臨其境的感覺，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，有效地提高了課堂教學(xué)效率。對(duì)于我們教師來說，如果碰到類似的取材難、成功率不高的實(shí)驗(yàn)，要積極發(fā)揮自己的聰明才智，努力開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來突破教學(xué)上的難點(diǎn)。

[1] 黃建林，朱春鳳.利用生活器材開發(fā)物理小實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐[J]中學(xué)物理教學(xué)參考，2016，(11):56-59.

[2] 黃建林，朱春鳳.CO2制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J]中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017，(6):53-54.

本文系浙江省教學(xué)研究課題“‘高見度’微創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的開發(fā)和教學(xué)研究”(編號(hào)： 06329)的成果之一。