能量相互轉(zhuǎn)換演示儀在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

常金星

能量的轉(zhuǎn)換和守恒是初中物理教學(xué)和在當(dāng)前的素質(zhì)教育和探究性實(shí)驗(yàn)中十分重要和不可缺少的內(nèi)容,能讓學(xué)生了解在一定條件下,各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換,如機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能,而內(nèi)能也可以轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中,老師會(huì)通過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解能量的相互轉(zhuǎn)換:將蘸有乙醚的棉花球放入氣缸內(nèi),然用使用活塞壓縮氣缸內(nèi)部氣體,對(duì)氣體做工,內(nèi)部溫度升高,達(dá)到乙醚的燃點(diǎn),棉花球就會(huì)燃燒。實(shí)驗(yàn)雖然比較直觀地展現(xiàn)了機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能的過(guò)程,但是實(shí)驗(yàn)過(guò)程過(guò)于復(fù)雜,而且乙醚的用量更加不好掌握,用量太少,學(xué)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(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性,所以在能量轉(zhuǎn)換的演示實(shí)驗(yàn)中,盡量避免使用乙醚。

而能量相互轉(zhuǎn)換演示儀(如圖所示)打破了傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)的局限,填補(bǔ)了能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)教學(xué)中無(wú)專(zhuān)業(yè)教學(xué)儀器的空白,而且將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能、內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能兩組實(shí)驗(yàn)在同一教學(xué)儀器上實(shí)現(xiàn),使能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)更加簡(jiǎn)單、直觀,因而已被多所高等學(xué)府和中學(xué)列為首選的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。

能量相互轉(zhuǎn)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(jī)主體(1、2、4、5、6),加熱系統(tǒng)(8),能量輸入系統(tǒng)(3),測(cè)量系統(tǒng)(9),底座(7)等共同構(gòu)成的,它是一種可以將內(nèi)能轉(zhuǎn)換機(jī)械能、機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能的熱氣機(jī)能量相互轉(zhuǎn)換演示儀。

用能量相互轉(zhuǎn)換演示儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),老師既可以安排分組實(shí)驗(yàn),又可以做演示實(shí)驗(yàn),該演示儀操作簡(jiǎn)單、方便、安全,并且可以將能量的相互轉(zhuǎn)換更加直接和生動(dòng)的展現(xiàn)出來(lái),演示效果明顯,外觀透明可視。操作步驟如下:點(diǎn)燃酒精燈,加熱能量相互轉(zhuǎn)換演示儀的熱氣缸,加熱10秒后,開(kāi)始輕輕用手撥動(dòng)飛輪,直到飛輪可以自動(dòng)旋轉(zhuǎn)為止。學(xué)生可以清楚地觀察到氣缸內(nèi)氣體受熱膨脹,預(yù)冷收縮,并推動(dòng)自由活塞的前后運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)。至此,內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;待到熱氣缸冷卻,啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn),熱氣缸內(nèi)的熱活塞隨之運(yùn)動(dòng),熱氣缸內(nèi)的空氣膨脹和收縮,前端溫度逐漸升高(反轉(zhuǎn)則降低),利用測(cè)溫儀可以清楚地觀察到溫度的變化。因此,讓學(xué)生直接地觀察到機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能的過(guò)程。

能量相互轉(zhuǎn)換演示儀在能量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用,使物理實(shí)驗(yàn)課程更加精彩。進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的分組實(shí)驗(yàn)時(shí),能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力,可使學(xué)生近距離的觀察能量轉(zhuǎn)換的全過(guò)程。老師和學(xué)生也可以同時(shí)進(jìn)行實(shí)際操作,如果在操作過(guò)程中遇到問(wèn)題,可以及時(shí)進(jìn)行師生互動(dòng),針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)和討論。

能量相互轉(zhuǎn)換演示儀不僅可以用于能量相互轉(zhuǎn)換的演示,而且還與卡諾循環(huán)原理和空氣膨脹與壓縮做功原理的演示,還能用于熱力學(xué)原理以及新能源教育與科技應(yīng)用等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)演示。有助于啟發(fā)學(xué)生的想象力和提高創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理課程產(chǎn)生濃厚的興趣和愛(ài)好。同時(shí),又豐富了物理實(shí)驗(yàn)的課堂內(nèi)容。并廣泛應(yīng)用于教學(xué)課件和青少年的智力開(kāi)發(fā)。

能量相互轉(zhuǎn)換演示儀等系列產(chǎn)品的獨(dú)特設(shè)計(jì)得到了天津市普教技術(shù)裝備管理中心領(lǐng)導(dǎo)的高度贊揚(yáng)和對(duì)我們工作的大力支持,并親臨生產(chǎn)第一線指導(dǎo)工作。使我們深深感受到在當(dāng)前的素質(zhì)教育和探究性實(shí)驗(yàn)中對(duì)教學(xué)儀器全方位的研發(fā)和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格要求是非常重要的,對(duì)中華教育之崛起有著深遠(yuǎn)的意義,對(duì)教學(xué)儀器未來(lái)的發(fā)展前景更加信心百倍?！?/p>

(作者單位:天津啟星動(dòng)力科技有限公司)