水力发电站演示器改进

湖北省襄阳市长虹路小学(441001) 刘格芹

1 前言

笔者在教授鄂教版小学科学五年级下册第3单元“能源与矿产”第12课时“水力发电站”的时候，发现教材中的实验存在以下问题：叶片易松动；水轮不易固定，会滚动，时而转动快时而转动慢；用手控制水位高度不精确；烧杯口过大，很难控制出水量的多少、快慢以及水冲击叶片的位置；只有图片和水轮，学生很难理解水力发电站的工作原理，能量之间是怎样转化的。有鉴于此，笔者设计制作了教具“水力发电站演示器”。

2 实验创新设计

2.1 实验材料

铁架台、透明水箱、水轮、轴承、轴、联轴器、马达、计数器、水泵、水管、高压水阀、高压水喷壶、万能电表、LED灯、电线等。

2.2 制作过程

(1)搭建铁架台，固定轴承，把水轮装在轴上，把轴安装在轴承上，用联轴器将马达和轴承连接，在马达上安装LED灯和万能电表。

(2)在轴的另一端安装计数器。

(3)在水箱的底部安装水管和高压水阀，分别贴上标签“对照组”“实验组”。

(4)将水管和水泵连接，水泵固定在铁架台的中间。

制作完成的水力发电站演示器如图1所示。

图1 水力发电站演示器

2.3 教具的原理

水箱下的高压水龙头打开后，水流推动水轮转动。水轮机轴连接在马达上，带动马达转动发出电，小灯泡亮了，万能电表上也显示电压。通过局部到整体，我们更容易直观的认识水力发电站工作的原理，知道不同能量之间的转换。

2.4 使用方法

(1)水泵插电源，打开水龙头开关，关闭水箱下高压水龙头开关，给水箱注水，注满水后关闭水阀。

(2)联轴器与轴断开，打开计数器，调整高压水龙头冲击叶片的部位，打开高压水龙头，记录并读取叶轮转动的圈数，连续做3次。

(3)挪开水箱，打开万能电表，联轴器连接轴，用高压喷壶喷射水轮叶片，LED灯亮了，万能电表上显示电压。

(4)关闭所有阀门和电源，清理实验装置。

2.5 创新之处

(1)同时操作两组装置，就能得到现象明显的7组对比实验(即水位的高低、水流量的大小、水冲击叶片的位置不同、叶片的多少、叶片的大小、叶片的轻重、叶片的材料不同对水轮转动快慢的影响)，符合五年级学生动手操作水平，更容易更精确地控制变量和不变量。

(2)水箱模拟水库，标有刻度线，便于控制水位高低，如图2所示。

图2 标有刻度线的水箱模拟水库

(3)铁架台模拟水坝。

(4)水管模拟导水管，高压水阀的开关控制水量大小，如图3所示。

图3 高压水阀的开关

(5)水箱左右移动可以改变水冲击叶片位置，可冲击叶片的边缘、叶片的中间部位。

(6)计数器记录水轮转动的圈数，给学生更直观的认识。

(7)水轮易更换，和轴承连接，水轮转动得更灵活。

(8)水泵循环用水。

(9)用高压水喷壶冲击叶片，水轮飞速转动，带动马达转动，产生电能，LED灯亮，直观地认识水力发电站的工作原理。

3 实验创新效果评价

实验结束后，回到三峡大坝的问题上来，提问：“长江水流不断，为什么还要修这么长这么宽这么高的坝呢？”把课内的知识延伸到课外，在解决实际问题中巩固知识，并进一步促进知识向能力转化，激发了学生学科学、用科学的积极性。

回顾实验教具设计和改进的全过程，我们发现以下几个问题：

3.1 专注探究获实证，突破教学重难点

独立操作教具，排除诸多干扰因素，专注于对比实验本身，符合五年级学生动手水平，能够完成多样化对比实验探究，即完成教学目标又突破教学重难点。

3.2 改变模糊为精确，数据意识自形成

利用计数器来判断水轮转动的快慢相比于教材中只凭感觉的做法，结果更精确，有利于培养学生数据意识，推动思维不断向前发展。

3.3 教具创新效果好，科学探究兴趣浓

本教具原理科学、操作简单、现象明显。在实验时，能够搜集更直观的证据，激发了科学探究的兴趣和热情。

总之，创新水力发电站装置，化难为易，化抽象为具体，更好地加强了我们对知识的理解和运用能力，在动手动脑中渗透了对比实验思想。