浅析高中物理知识在生活中的转化

陈珂

摘要人类在经历了多年的发展后，总结出众多的学科，如：生物学、物理学、化学、地理学、政治经济学等。仅物理学科中人们在经历了多种实验与观察后，推导出在自然界中普遍适合的科学定律——能量的转化与守恒定律。这一定律的发现，成功的将自然界中的各种自然现象以定律的形式充分表现出来，并探明了各种现象之间的公共量度——能量。能量的概念是科学中最重要的一个理念，也是物理学中的主要问题之一，在我们的生活中这种能量守恒的案例比比皆是。笔者将以自身的实际研究和探索来阐释这一定律。

关键词能量守恒；物理学；自动升降；上床下桌

能量是一种看不见摸不着的东西，面对这种神奇的东西人们把能量分成电能、化学能、机械能、光能等。这些不同形势的能量之间是能够转化的。动能与势能的总和是机械能，而势能又分为弹性势能、重力势能这两种。动能与势能之间是能够相互转化的。通过3年的物理知识学习，深知在我们生活中能量是能够转化的，一个物体不仅具有动能、又具有势能。如：飞行中的飞机由于自身的运动具有一定的动能，但是由于飞机身处高出而具有一定的势能。

1动能与势能之间的相互转化分析

1.1动能和重力势能之间的相互转化

动能与势能之间是能够实现相互转化的。但是这种转化主要是发生在物体只受到重力作用的时候的运动过程中产生的。最简单的案例就是当我们用一根细线悬挂一个小球，然后将小球拉到某一个合适的高度后松开，小球就会产生自由摆动的效果。通过对摆动小球的观察不难发现：小球在从最低点向上进行运动的时候，由于受到重力的影响，速度逐渐减慢，并随着高度的增加运动的速度变得更加缓慢。从动能与势能的转化角度来看，摆动的小球其动能逐渐减小、重力势能逐渐增加，此时动能转化为重力势能；当小球运动到最高点的时候，小球的速度变为零，动能也随之消失成为零，此时小球的重力势能和最大的。由此可以分析：细线悬挂的小球从最高点再向下进行运动时，小球的高度逐渐降低，其速度逐渐增加，此时小球的重力势能由最高点时的最大值逐渐减小，而小球的动能是逐渐增加的，此时重力势能转化为动能；当小球经过最低点时，小球的速度是最大的，而重力势能是最小的。

1.2动能和弹性势能之间的相互转化

动能与弹性势能之间的转化不仅能够发生在同一物体上，还能够发生在不同的物体之间。较为明显的事例为：从高处落下的皮球，当它与地方发生撞击的时候，皮球就会发生弹性形变，此时皮球的动能转化为弹性势能；当皮球结束与地面的接触后恢复原状，在此过程中它的弹性势能也随之转变为动能。再如：拉开的弓，在将箭射出去的同时拉弯的弓具有加强的弹性势能，射出去的箭具有较强的动能，此时弓的弹性势能转化为间所具备的动能。

1.3机械能和其他形式的能之间的转化

我们生活中的机械能转化不会是这么简单，不会只是动能与重力势能之间的相互转化，也不会只是动能和弹性势能之间的转化，应该是动能、重力势能、弹性势能和其他形式的能之间的转化，例如：蹦极的游戏，游戏者将一根有弹性的绳子系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下来。在质量不变的情况下，动能的变化取决于速度的变化，从最高点到最低点，速度从慢到快，再到慢，所以游戏者的动能先变大后变小，到最低点时，动能为零；重力势能的变化取决于高度的变化，高度越来越低，故游戏者的重力势能一直在减小；弹性势能的变化取决于弹性形变的大小变化，从最高点到弹性绳自然下垂时绳下端的位置，绳子自然下垂，未发生弹性形变，故没有弹性势能。从弹性绳自然下垂时绳下端的位置到人所到达的最低点的位置，绳子发生了弹性形变，具有弹性势能，在最低点，绳子的形变最大，故绳子的弹性势能最大。

2生活中能量的转化实例——自动升降上床下桌

2.1实例分析

高中时由于房间过小，一直坐在床上写作业。我便想使用那种家具店很流行的上床下桌来解决这个问题。我当时的身高已经长到了1.68，父亲转了好几个北京城的家具商场以及淘宝网店，发现上床下桌床的高度均在1.50米左右，这就意味着学习的时候是不能站直的，那么，能不能有一种床可以上下升降的上床下桌呢？答案是不管实体店还是网店，均没有这样产品，于是，我和父亲商定，我们自己来设计和改造。

第一步：选定款式。虽然实体店和网店都没有我所需要的这种床，但是绝大多数的网店还是支持定制的，然而网店所谓的定制也就只能是定制床的高度，长度等，并不能解决升降的问题。

第二步：确定升降的方案。我和父亲构想了多种的升降方案，既要考虑升降的便利性，安全性，又要考虑升降的幅度和美观度，我们开始联想到铝合金门窗的配件——风撑，这种装置的原理是把床往上托举到一定高度，再往下稍微一降，风撑自动锁住，再往上一抬，风撑自动解锁，床可以下降至原来的位置，由于这种装置的升降幅度只有15cm，且强度有限，放弃了。后来我们考虑用气弹簧，气弹簧就是通过压缩气体而产生的推力，我们平常的可升降的电脑座椅，吧台座椅就是使用的这种弹簧。在淘宝网店上，联系了多家气弹簧的厂家，当我们向他们索取气弹簧的弹性曲线的时候，居然没有一家能提供准确的特性曲线，卖家只能按照客户定制的推力（通常指伸张过程的推力）来配置气压，当询问商家气弹簧在压缩和伸张过程中，推力的变化有多大差别时，商家回答模棱两可，或者吹嘘的回答相差不大，太不专业了。我们先把定制的上床下桌的尺寸告诉商家，并让商家告诉我们，往上升的这部分床的重量，再加上原先有的床垫，被褥等合计出整体重量，再将整体重量除以2（采用两根气弹簧），就是气弹簧的推力。于是我们选择了一家口碑不错的电商，当我们兴致勃勃的收到定制的气弹簧进行压力测试的时候，氣弹簧在伸张过程中的推力的确是我们定制的推力，但压缩过程中的推力远远高于伸张的推力，乃至于我父亲100公斤的体重都难以压下去，这势必将导致当我往下拽床的时候，床未必能降下来，无奈弃之。最后我们选择了电动推杆，亦即在两边床头的中间位置，安装两根电动推杆，那么如何才能保证床在升降的过程中，确保床不会出现倾斜呢？我们在4只床腿的连接部位安装轨道，就是橱柜抽屉的轨道，由于轨道的两头不在同一个平面上，我们在轨道的一头垫了一块木板，确保轨道在垂直平面上伸缩，保证了4只床腿平行升起。我们按照预定的方案，网购了4只橱柜轨道，2只电动推杆，上床下桌通知了商家，按照设计的尺寸位置，将4条腿锯断发货。endprint

第三部：组装。先将上床下桌组合好，在4只断腿的位置安装轨道，最后安装电动推杆，由于各种条件的限制，安装过程还是頗费一番周折，不过在大家的共同努力下，电动升降床组装成功，现在我每天放学回家，习惯的打开电源，床在12s之内升高20cm，在睡觉之前将床降下，既保证了床下学习的高度，又拥有了睡觉时的上部空间。

2.2关于可电动升降床的产品优化和市场推广的思考

中国实行独生子政策已将近30年，尤其是在大中城市，父母重视子女的教育达到了空前的高度，然而在大中城市并不是每个家庭能在学校的附近拥有自己的房产，很多家庭为了孩子上个好的学校，不惜重金在学校附近购买小面积的学区房或者租房，他们将是可升降上床下桌的潜在需求者。另外，上床下桌在各大学生公寓也已经很普及了，大学生们对现有的上床下桌有升级的需求。首先将升降装置进行可市场化的改进亦即做成一个很完美的产品而不是DIY，用方形的不锈钢方管制作腔体，在腔体距离下沿15cm位置增加隔层，并在隔层的下方四周打眼，便于固定住下床腿，上床退直接在腔体里依靠推杆做上下运动，这样既保证了稳定性又省去了轨道，还起到美观的作用。

2.3市场推广

首先要向国家知识产权局申请专利，对产品进行保护，关于市场化有以下几个方案：首先，自己注册商标开工生产，同时开网店自行销售。特点：投资大，周期长，收益预期不明朗；其次，寻找合适的家具厂家进行合作，贴牌销售。特点：风险小，效益低；最后，只生产升降装置部分，自己开淘宝店，卖给家具厂家，普通客户以及大学生用于上床下桌的改造升级。特点：投资小、销量大、风险小。

笔者倾向于第三种方案并结合第二种方案，上床下桌的4腿无非就金属和全木质两种材质，且绝大多数为方形，首先搜索淘宝网店上床下桌腿的尺寸，无非就是4cmX4cm的金属方管和6cmX6cm的木质方腿，那么，我们就只需要生产两种尺寸的升降装置，既可以满足现有淘宝家具厂家自行安装在他们的产品上进行销售，又可以满足普通家庭白行改造升级，并将合作厂家安装完升降机构的产品用于我的网店进行宣传和销售。如果我开淘宝网店，我一定要精准的测量产品的各个方面的参数，充分体现产品的专业程度。

3结论

综上所述，在生活中的机械能转化的例子还有很多，3年的物理知识学习激发了我的学习兴趣。我坚信，在有幸升入到更高一级的学府进行学习后，我一定还能够继续学习和钻研物理知识，充分发挥自己的聪明才智，将更多的发明应用到实际市场推广中，为促进我国社主义市场经济的发展、促进和谐社会的完善贡献自己的力量。endprint