能量相互轉換演示儀在物理實驗教學中的應用

常金星

能量的轉換和守恒是初中物理教學和在當前的素質教育和探究性實驗中十分重要和不可缺少的內容,能讓學生了解在一定條件下,各種形式的能量可以相互轉換,如機械能轉換為內能,而內能也可以轉換為機械能。

在傳統的物理教學中,老師會通過這樣一個實驗使學生了解能量的相互轉換:將蘸有乙醚的棉花球放入氣缸內,然用使用活塞壓縮氣缸內部氣體,對氣體做工,內部溫度升高,達到乙醚的燃點,棉花球就會燃燒。實驗雖然比較直觀地展現了機械能轉換為內能的過程,但是實驗過程過于復雜,而且乙醚的用量更加不好掌握,用量太少,學生觀察不到明顯的火焰,演示效果不明顯;用量太多則增加實驗的危險性,所以在能量轉換的演示實驗中,盡量避免使用乙醚。

而能量相互轉換演示儀(如圖所示)打破了傳統能量轉換實驗的局限,填補了能量轉換實驗教學中無專業教學儀器的空白,而且將機械能轉換為內能、內能轉換為機械能兩組實驗在同一教學儀器上實現,使能量轉換實驗更加簡單、直觀,因而已被多所高等學府和中學列為首選的教學實驗儀器。

能量相互轉換演示儀,采用鋁合金、銅、不銹鋼、硼化玻璃等材料制成,其特征在于由熱氣機主體(1、2、4、5、6),加熱系統(8),能量輸入系統(3),測量系統(9),底座(7)等共同構成的,它是一種可以將內能轉換機械能、機械能轉換為內能的熱氣機能量相互轉換演示儀。

用能量相互轉換演示儀進行實驗教學,老師既可以安排分組實驗,又可以做演示實驗,該演示儀操作簡單、方便、安全,并且可以將能量的相互轉換更加直接和生動的展現出來,演示效果明顯,外觀透明可視。操作步驟如下:點燃酒精燈,加熱能量相互轉換演示儀的熱氣缸,加熱10秒后,開始輕輕用手撥動飛輪,直到飛輪可以自動旋轉為止。學生可以清楚地觀察到氣缸內氣體受熱膨脹,預冷收縮,并推動自由活塞的前后運動,帶動飛輪轉動。至此,內能轉換為機械能;待到熱氣缸冷卻,啟動電動機,帶動飛輪旋轉,熱氣缸內的熱活塞隨之運動,熱氣缸內的空氣膨脹和收縮,前端溫度逐漸升高(反轉則降低),利用測溫儀可以清楚地觀察到溫度的變化。因此,讓學生直接地觀察到機械能轉換為內能的過程。

能量相互轉換演示儀在能量轉換實驗中的應用,使物理實驗課程更加精彩。進行能量轉換的分組實驗時,能夠充分發揮學生的主觀能動性,提高學生的實際動手能力,可使學生近距離的觀察能量轉換的全過程。老師和學生也可以同時進行實際操作,如果在操作過程中遇到問題,可以及時進行師生互動,針對問題進行演示實驗和討論。

能量相互轉換演示儀不僅可以用于能量相互轉換的演示,而且還與卡諾循環原理和空氣膨脹與壓縮做功原理的演示,還能用于熱力學原理以及新能源教育與科技應用等領域的實驗演示。有助于啟發學生的想象力和提高創造性思維,培養學生對物理課程產生濃厚的興趣和愛好。同時,又豐富了物理實驗的課堂內容。并廣泛應用于教學課件和青少年的智力開發。

能量相互轉換演示儀等系列產品的獨特設計得到了天津市普教技術裝備管理中心領導的高度贊揚和對我們工作的大力支持,并親臨生產第一線指導工作。使我們深深感受到在當前的素質教育和探究性實驗中對教學儀器全方位的研發和對產品質量的嚴格要求是非常重要的,對中華教育之崛起有著深遠的意義,對教學儀器未來的發展前景更加信心百倍。■

(作者單位:天津啟星動力科技有限公司)