能量轉(zhuǎn)化展示器

邱偉東

摘? 要：通過(guò)本自制儀器，向?qū)W生展示了內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的物理現(xiàn)象，讓能量轉(zhuǎn)化過(guò)程更清晰。在教學(xué)中，教師借助直觀的演示實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生分析能量轉(zhuǎn)化的原理。

關(guān)鍵詞：能量轉(zhuǎn)化;自制教具;實(shí)驗(yàn)

1實(shí)驗(yàn)背景

以粵教滬科版《物理》（九年級(jí)上冊(cè)）為例，《熱機(jī)與社會(huì)發(fā)展》被編排在第十二章第四節(jié)。隨著汽車的普及，熱機(jī)在生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，雖然教材有彩圖，并且旁附了詳細(xì)的說(shuō)明，但作為物理這樣的自然學(xué)科，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)器材就不夠直觀，很多知識(shí)講解起來(lái)印象也不夠深刻。鑒于此，筆者自制了“熱機(jī)”演示儀，展示了內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程。

2主要結(jié)構(gòu)

如圖1，主缸為長(zhǎng)10.0cm，外直徑約23mm的大試管，內(nèi)部活塞為長(zhǎng)5.0cm，外直徑約14mm的小試管，大小試管均采用木塞和橡皮圈做好密封，兩木塞均挖一大小適宜的小孔，插入鐵線作為“連桿”。大木塞另挖一小孔，接上連通管，連通管的另一端與背面的“次缸”相連接。“次缸”采用外徑約16mm的針筒（去掉針頭），活塞處同樣接出“連桿”。前后兩“連桿”與光盤(pán)的轉(zhuǎn)軸相連，并固定在支架上。

3實(shí)驗(yàn)演示

3.1儀器組裝

如圖1，用廢棄的木料做一大小適宜的支架，在支架右側(cè)鉆孔，并把光盤(pán)固定好。在光盤(pán)靠?jī)?nèi)側(cè)鉆一小孔，接上“連桿”，“連桿”另一頭鉆入小木塞后固定，光盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，確保小試管的左右移動(dòng)不會(huì)頂?shù)酱笤嚬艿撞亢痛竽救藭r(shí)便確定了大試管的位置，將其固定在支架上。如圖2，在光盤(pán)轉(zhuǎn)軸的背面做一“轉(zhuǎn)桿”，隨著光盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)小試管移動(dòng)的最左端時(shí)，“轉(zhuǎn)桿”處于豎直狀態(tài)，在“轉(zhuǎn)桿”的下端鉆孔引出“連桿”，“連桿”的另一頭與針筒的活塞相連并固定，轉(zhuǎn)動(dòng)光盤(pán)，讓活塞在針筒內(nèi)左右移動(dòng)，確保活塞不會(huì)碰底或拉出針筒，此時(shí)便確定針筒的位置，將針筒固定在支架上，用橡膠質(zhì)“連接管”將針筒和大木塞連接起來(lái)，儀器組裝完畢。

3.2儀器使用

在轉(zhuǎn)軸中心和“連桿”兩側(cè)活動(dòng)部分加點(diǎn)機(jī)油，確保潤(rùn)滑。轉(zhuǎn)動(dòng)光盤(pán)，使小試管移動(dòng)到最右側(cè)，用酒精燈的外焰對(duì)著大試管的底部預(yù)熱2分鐘左右，輕輕撥動(dòng)光盤(pán)，可以看到光盤(pán)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

4教具特點(diǎn)

4.1成本低、操作方便

本教具需要的材料如木料、光盤(pán)、螺絲、鐵線、塑料扎帶等均是生活常見(jiàn)，甚至的廢物回收，需要購(gòu)買的只有連接管、試管和針筒，而且是很便宜的材料，制作本教具成本低，操作也很簡(jiǎn)單。

4.2形象直觀，效果明顯

本教具在操作過(guò)程中，連桿帶動(dòng)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，比教材中的圖片來(lái)得更直觀形象，教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，更有利于學(xué)生的觀察。與其觀看課本和課件中的靜態(tài)圖片，不如觀察三維的動(dòng)態(tài)實(shí)物教具，學(xué)生的觀察維度得以拓寬，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。

5研究小結(jié)

自制“熱機(jī)”教具演示儀克服了熱機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抽象等問(wèn)題，提高了本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的趣味性，現(xiàn)象明顯，教具本身輕巧便攜，便于讓每個(gè)學(xué)生觀察其結(jié)構(gòu)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的效率。

由于筆者能力有限，本教具仍有不足之處：第一，教具沒(méi)有熱機(jī)該有的“進(jìn)氣門(mén)”和“排氣門(mén)”結(jié)構(gòu)。第二，教具沒(méi)有熱機(jī)工作過(guò)程中的四個(gè)沖程。

參考文獻(xiàn)

[1]黃建林，朱春風(fēng).“高見(jiàn)度”氣體做功與內(nèi)能變化的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].中學(xué)物理，2017，35（04）：38-41.

[2]任少鐸.基于安全性的“做功改變內(nèi)能”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].中學(xué)物理，2020，38（12）：38-39.