能量转化展示器

邱伟东

摘  要：通过本自制仪器，向学生展示了内能转化为机械能的物理现象，让能量转化过程更清晰。在教学中，教师借助直观的演示实验，帮助学生分析能量转化的原理。

关键词：能量转化;自制教具;实验

1实验背景

以粤教沪科版《物理》（九年级上册）为例，《热机与社会发展》被编排在第十二章第四节。随着汽车的普及，热机在生活中的应用越来越广泛，虽然教材有彩图，并且旁附了详细的说明，但作为物理这样的自然学科，没有实验器材就不够直观，很多知识讲解起来印象也不够深刻。鉴于此，笔者自制了“热机”演示仪，展示了内能转化为机械能的过程。

2主要结构

如图1，主缸为长10.0cm，外直径约23mm的大试管，内部活塞为长5.0cm，外直径约14mm的小试管，大小试管均采用木塞和橡皮圈做好密封，两木塞均挖一大小适宜的小孔，插入铁线作为“连杆”。大木塞另挖一小孔，接上连通管，连通管的另一端与背面的“次缸”相连接。“次缸”采用外径约16mm的针筒（去掉针头），活塞处同样接出“连杆”。前后两“连杆”与光盘的转轴相连，并固定在支架上。

3实验演示

3.1仪器组装

如图1，用废弃的木料做一大小适宜的支架，在支架右侧钻孔，并把光盘固定好。在光盘靠内侧钻一小孔，接上“连杆”，“连杆”另一頭钻入小木塞后固定，光盘转动一圈，确保小试管的左右移动不会顶到大试管底部和大木塞，此时便确定了大试管的位置，将其固定在支架上。如图2，在光盘转轴的背面做一“转杆”，随着光盘的转动，当小试管移动的最左端时，“转杆”处于竖直状态，在“转杆”的下端钻孔引出“连杆”，“连杆”的另一头与针筒的活塞相连并固定，转动光盘，让活塞在针筒内左右移动，确保活塞不会碰底或拉出针筒，此时便确定针筒的位置，将针筒固定在支架上，用橡胶质“连接管”将针筒和大木塞连接起来，仪器组装完毕。

3.2仪器使用

在转轴中心和“连杆”两侧活动部分加点机油，确保润滑。转动光盘，使小试管移动到最右侧，用酒精灯的外焰对着大试管的底部预热2分钟左右，轻轻拨动光盘，可以看到光盘连续转动起来。

4教具特点

4.1成本低、操作方便

本教具需要的材料如木料、光盘、螺丝、铁线、塑料扎带等均是生活常见，甚至的废物回收，需要购买的只有连接管、试管和针筒，而且是很便宜的材料，制作本教具成本低，操作也很简单。

4.2形象直观，效果明显

本教具在操作过程中，连杆带动飞轮的转动，比教材中的图片来得更直观形象，教具结构简单，现象明显，更有利于学生的观察。与其观看课本和课件中的静态图片，不如观察三维的动态实物教具，学生的观察维度得以拓宽，更有利于培养学生的观察能力。

5研究小结

自制“热机”教具演示仪克服了热机结构复杂、抽象等问题，提高了本节教学内容的趣味性，现象明显，教具本身轻巧便携，便于让每个学生观察其结构，提高了学生学习本节内容的效率。

由于笔者能力有限，本教具仍有不足之处：第一，教具没有热机该有的“进气门”和“排气门”结构。第二，教具没有热机工作过程中的四个冲程。

参考文献

[1]黄建林，朱春风.“高见度”气体做功与内能变化的实验改进[J].中学物理，2017，35（04）：38-41.

[2]任少铎.基于安全性的“做功改变内能”实验改进[J].中学物理，2020，38（12）：38-39.