能量轉化展示器

邱偉東

摘? 要：通過本自制儀器，向學生展示了內能轉化為機械能的物理現象，讓能量轉化過程更清晰。在教學中，教師借助直觀的演示實驗，幫助學生分析能量轉化的原理。

關鍵詞：能量轉化;自制教具;實驗

1實驗背景

以粵教滬科版《物理》（九年級上冊）為例，《熱機與社會發展》被編排在第十二章第四節。隨著汽車的普及，熱機在生活中的應用越來越廣泛，雖然教材有彩圖，并且旁附了詳細的說明，但作為物理這樣的自然學科，沒有實驗器材就不夠直觀，很多知識講解起來印象也不夠深刻。鑒于此，筆者自制了“熱機”演示儀，展示了內能轉化為機械能的過程。

2主要結構

如圖1，主缸為長10.0cm，外直徑約23mm的大試管，內部活塞為長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”與光盤的轉軸相連，并固定在支架上。

3實驗演示

3.1儀器組裝

如圖1，用廢棄的木料做一大小適宜的支架，在支架右側鉆孔，并把光盤固定好。在光盤靠內側鉆一小孔，接上“連桿”，“連桿”另一頭鉆入小木塞后固定，光盤轉動一圈，確保小試管的左右移動不會頂到大試管底部和大木塞，此時便確定了大試管的位置，將其固定在支架上。如圖2，在光盤轉軸的背面做一“轉桿”，隨著光盤的轉動，當小試管移動的最左端時，“轉桿”處于豎直狀態，在“轉桿”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，轉動光盤，讓活塞在針筒內左右移動，確保活塞不會碰底或拉出針筒，此時便確定針筒的位置，將針筒固定在支架上，用橡膠質“連接管”將針筒和大木塞連接起來，儀器組裝完畢。

3.2儀器使用

在轉軸中心和“連桿”兩側活動部分加點機油，確保潤滑。轉動光盤，使小試管移動到最右側，用酒精燈的外焰對著大試管的底部預熱2分鐘左右，輕輕撥動光盤，可以看到光盤連續轉動起來。

4教具特點

4.1成本低、操作方便

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

4.2形象直觀，效果明顯

本教具在操作過程中，連桿帶動飛輪的轉動，比教材中的圖片來得更直觀形象，教具結構簡單，現象明顯，更有利于學生的觀察。與其觀看課本和課件中的靜態圖片，不如觀察三維的動態實物教具，學生的觀察維度得以拓寬，更有利于培養學生的觀察能力。

5研究小結

自制“熱機”教具演示儀克服了熱機結構復雜、抽象等問題，提高了本節教學內容的趣味性，現象明顯，教具本身輕巧便攜，便于讓每個學生觀察其結構，提高了學生學習本節內容的效率。

由于筆者能力有限，本教具仍有不足之處：第一，教具沒有熱機該有的“進氣門”和“排氣門”結構。第二，教具沒有熱機工作過程中的四個沖程。

參考文獻

[1]黃建林，朱春風.“高見度”氣體做功與內能變化的實驗改進[J].中學物理，2017，35（04）：38-41.

[2]任少鐸.基于安全性的“做功改變內能”實驗改進[J].中學物理，2020，38（12）：38-39.