電能和機械能相互轉化的演示實驗
為了做好這兩個演示實驗,成都市解放中路中學劉培道、成都市東城區教育局教研室包世榮老師設計了如圖1所示的電路。電路圖中的J為恒磁式玩具電機(6V)。K為單刀雙擲開關,當開關的動觸頭1跟定觸頭2接觸時,電機作電動機使用,演示電能轉化為機械能的實驗。當開關的動觸頭1跟定觸頭3接觸時,電機作發電機使用,演示機械能轉化為電能的實驗。
演示實驗的結構
電機J、線繞電位器R(68Ω)、開關K、手電筒小燈泡L(15V,02A)以及供外接安培表、伏特表、電源(3V,6V)的六個接線柱均安裝在一個鋁板上(鋁板的長12cm、寬6cm、厚02cm)。另外,跟套在電機軸上的小齒輪相咬合的大齒輪也安裝在這一塊鋁板上。小齒輪的Z1=10齒、Φ1=6毫米(D外),大齒輪的Z2=144齒、Φ2=75毫米(D外),咬合時要注意不能過緊。砝碼是用保險絲經熔化成型的圓柱體(質量為350克)。下麵的圖2是演示實驗的結構示意圖。
改變接入電路的電位器的阻值,來控製通過電動機的電流強度,從而控製電動機的轉速,達到控製砝碼的上升速度。再配合使用齒輪傳動減速,砝碼上升的速度就會很慢,演示效果相當明顯。
實驗的方法
(1)演示電能轉化為機械能的實驗
開關的動觸頭1跟定觸頭3接觸,電源接8、9兩接線柱,接線柱的6、7接安培表,4、5兩接線柱接伏特表,電位器預先調到演示效果明顯的位置。然後把開關的動觸頭1跟定觸頭2接觸,電路被接通,電動機將砝碼緩慢地提起。此時,學生能有充分時間觀察到砝碼的上升,以及安培表和伏特表指針的偏轉。引導學生得出:給小電機通電,電動機將砝碼提起,這時電流做了功。在這個做功過程中,電能轉化為機械能。
(2)演示機械能轉化成電能的實驗
開關的動觸頭1跟定觸頭3接觸,8、9兩接線柱空著不用,安培表接6、7兩接線柱,伏特表接4、5兩接線柱。然後讓預先提起的砝碼下降。此時,學生觀察到由於砝碼的下降,安培表、伏特表指針的偏針,以及小燈泡的發光。引導學生得出:砝碼下降,小燈泡發光,這時重力做了功。在這個做功過程中,機械能轉化為電能。
兩用葉輪的製作及演示
如圖3所示是一個兩用葉輪,用它既可以演示蒸汽機的工作原理,又可以演示水輪機的工作原理。湖南師大附中賀興梅老師介紹了這種裝置的構造和製作方法。
①葉輪②支架③底座①葉輪:用廢甘油盒做。把甘油盒用洗衣粉清洗幹淨,用砂紙把盒的中心部分和盆邊沿上的漆打磨掉,再在被打磨的地方焊一層錫,用易拉罐上的鐵皮剪成12個長13cm,寬1cm的小片,分別把小片的一邊打磨幹淨,並把小片放在圓柱體上彎成瓦片狀,然後在被打磨處上一層錫,測出甘油盒的周長,把周長平均分成12等份,在每一等份處作個記號,分別在記號處焊上一塊長方形小片,再在盒兩麵的中心處焊上一段光滑的金屬棒,作為轉動軸,於是葉輪便做成了。
②支架:用易拉罐鐵皮剪成兩塊1cm×15cm的條形片,在靠近端點處各鑽一孔,把條形片的一端彎成直角,用螺絲把鐵固定在底座上,並使上端的兩孔在同一水平上,中間間隔一定的距離,用圓銼打去紮上的毛刺,將葉輪的軸分別從兩孔穿過,使葉輪處於兩孔的中心位置,並在轉軸兩端與孔接觸的那個部位作一記號,用銼把記號外端打細,把打細的部分用砂紙磨光,這樣葉輪轉動時就不會再從孔中滑出,同時還能減小轉動軸與孔之間的摩擦力。葉輪裝好後,用口對準葉輪吹氣使葉輪轉軸能在支架上靈活轉動。