能量相互转换演示仪在物理实验教学中的应用

常金星

能量的转换和守恒是初中物理教学和在当前的素质教育和探究性实验中十分重要和不可缺少的内容,能让学生了解在一定条件下,各种形式的能量可以相互转换,如机械能转换为内能,而内能也可以转换为机械能。

在传统的物理教学中,老师会通过这样一个实验使学生了解能量的相互转换:将蘸有乙醚的棉花球放入气缸内,然用使用活塞压缩气缸内部气体,对气体做工,内部温度升高,达到乙醚的燃点,棉花球就会燃烧。实验虽然比较直观地展现了机械能转换为内能的过程,但是实验过程过于复杂,而且乙醚的用量更加不好掌握,用量太少,学生观察不到明显的火焰,演示效果不明显;用量太多则增加实验的危险性,所以在能量转换的演示实验中,尽量避免使用乙醚。

而能量相互转换演示仪(如图所示)打破了传统能量转换实验的局限,填补了能量转换实验教学中无专业教学仪器的空白,而且将机械能转换为内能、内能转换为机械能两组实验在同一教学仪器上实现,使能量转换实验更加简单、直观,因而已被多所高等学府和中学列为首选的教学实验仪器。

能量相互转换演示仪,采用铝合金、铜、不锈钢、硼化玻璃等材料制成,其特征在于由热气机主体(1、2、4、5、6),加热系统(8),能量输入系统(3),测量系统(9),底座(7)等共同构成的,它是一种可以将内能转换机械能、机械能转换为内能的热气机能量相互转换演示仪。

用能量相互转换演示仪进行实验教学,老师既可以安排分组实验,又可以做演示实验,该演示仪操作简单、方便、安全,并且可以将能量的相互转换更加直接和生动的展现出来,演示效果明显,外观透明可视。操作步骤如下:点燃酒精灯,加热能量相互转换演示仪的热气缸,加热10秒后,开始轻轻用手拨动飞轮,直到飞轮可以自动旋转为止。学生可以清楚地观察到气缸内气体受热膨胀,预冷收缩,并推动自由活塞的前后运动,带动飞轮转动。至此,内能转换为机械能;待到热气缸冷却,启动电动机,带动飞轮旋转,热气缸内的热活塞随之运动,热气缸内的空气膨胀和收缩,前端温度逐渐升高(反转则降低),利用测温仪可以清楚地观察到温度的变化。因此,让学生直接地观察到机械能转换为内能的过程。

能量相互转换演示仪在能量转换实验中的应用,使物理实验课程更加精彩。进行能量转换的分组实验时,能够充分发挥学生的主观能动性,提高学生的实际动手能力,可使学生近距离的观察能量转换的全过程。老师和学生也可以同时进行实际操作,如果在操作过程中遇到问题,可以及时进行师生互动,针对问题进行演示实验和讨论。

能量相互转换演示仪不仅可以用于能量相互转换的演示,而且还与卡诺循环原理和空气膨胀与压缩做功原理的演示,还能用于热力学原理以及新能源教育与科技应用等领域的实验演示。有助于启发学生的想象力和提高创造性思维,培养学生对物理课程产生浓厚的兴趣和爱好。同时,又丰富了物理实验的课堂内容。并广泛应用于教学课件和青少年的智力开发。

能量相互转换演示仪等系列产品的独特设计得到了天津市普教技术装备管理中心领导的高度赞扬和对我们工作的大力支持,并亲临生产第一线指导工作。使我们深深感受到在当前的素质教育和探究性实验中对教学仪器全方位的研发和对产品质量的严格要求是非常重要的,对中华教育之崛起有着深远的意义,对教学仪器未来的发展前景更加信心百倍。■

(作者单位:天津启星动力科技有限公司)