國外實驗介紹-能量的轉化和守恒

國外試驗介紹國外試驗介紹——能量的轉化和守恒E=m2/k物體的重力勢能E

=mgh，彈性勢能E=kx2/2，電勢能ε=qU。物體的動能和機械勢能之和p p AB于變化過程中做功與傳遞熱量的和。電場、磁場的能量是指場本身的能量，而不是指電荷、帶電體或電流的能量。試驗一蕩秋千【試驗目的】爭論機械能的轉化與守恒?！驹囼瀮热菖c現象】上，你能夠精準地體會到在到達最高點的那一瞬間有靜止的感覺，隨后速度變得越來越快。最大，勢能可以視為零。當秋千到達另一邊的同一高度時，動能又完全變成了勢能。那么，在秋千的勢能和動能的相互轉化中能量沒有損失。試驗二自由下落的球【試驗目的】觀看機械能的轉化和損耗?！驹囼瀮热莺鸵蟆?、反彈的球〔如乒乓球或氣足的籃球〕，留意此刻球的高度。自然地松這個試驗，井留意觀看沙子外形的變化。將水泥地和沙地的試驗現象和結論做一個比較。機械能是怎樣變化的？反彈的高度為什么只能等于或小于最初的高度？在沙地上反彈球的試驗中，能量是怎么變化的？能量還守恒嗎？2、落入汽車輪胎內的高爾夫球參看圖9.2.2.將一個汽車的外胎直立放在地面上，固定好。手持一個高爾夫球放在輪胎內，然后，又向前上方滾動，沿槽道上升，重升到與放手處一樣的高度，但是絕不會超過放手處的高度。從不同的高度放手，重復上面的試驗。時，小球的動能又轉化為勢能。所以，小球又上升到原來的高度。試驗三魔瓶——彈性勢能和動能【試驗步驟】〔1〕8～10厘米的、帶扣蓋的塑料瓶。在瓶底圓周的一條直徑上，離2厘米處各打一個小孔，則兩個孔之間的距離為4厘米。瓶蓋上也打同樣的兩個孔?！?〕用錐子將兩根橡皮筋的兩個頭分別穿入瓶底的兩個小孔。將已在瓶內的兩根橡皮筋的另兩個頭再穿過瓶蓋的兩個孔，并使橡皮筋在瓶內成穿插狀。但此時不要將瓶蓋外的橡皮筋的兩個頭系緊。用一段細金屬絲的一端緊緊系住一個50U9.2.3所示。用金屬絲的另一端將重物系在橡皮筋的中間，盡可能系緊些?？凵掀可w，拉直橡皮筋，使重物位于瓶子的中部；再將瓶子外邊的橡皮筋的頭系緊。留意系重物的金屬絲不要過長，以免重物碰撞瓶壁。一手使瓶子保持水平，另一手轉動瓶子，大約轉40周。將瓶子放在水平桌面上并向前推一下，瓶子將自動滾回來。試一試將瓶子推下一個較為平緩的斜面，看看它是否可以自動滾上斜面?！粳F象解釋】縮短，使重物的位置上升，其重力勢能增大；而另一方面，橡皮筋產生扭轉形變，擰成了麻花狀，儲存下肯定的彈性勢能。最初，這些勢能轉化為滾動動能，并使瓶的速度到達最大。的減小量等于勢能的增加量。一旦動能減小至零時，勢能就又重開頭向動能轉化。此時，重物高度的回落和橡皮筋的松弛，均造成瓶子的向回滾動?！驹囼炂鞑摹恳桓∧竟?；一個內徑大于木棍直徑的橡膠墊圈。【試驗內容】將小木棍豎直放置在桌面上，并將橡膠墊圈套在木棍的頂部，如圖9.2.4示。這時可以向學生提問：假設放手讓橡膠墊圈自由下落，墊圈由小木棍的頂部落到底部需要多少時間？通過快速晃動小木棍，使橡膠墊圈在小木棍的頂部旋轉起來，造成墊圈一邊旋轉一邊下落的效果。再向學生提問：為什么這一次下落的狀況與上一次不同？【試驗現象與解釋】的速度就越慢；反之，墊圈旋轉的速度越慢，它下落的速度就越快。受到的垂直于小木棍的力就比較大，因此它的旋轉面就比較穩(wěn)定，它下落的速度也就比較慢了。從能量角度看，墊圈直接下落時，重力抑制摩擦力做功，重力勢能變?yōu)槠絼觿幽堋．攭|圈轉動時，它的轉動動能來自墊圈所受切向分力的力矩做功。當墊圈的轉動動能大到旋轉面較穩(wěn)定時，墊圈在豎直方向受的合力較小，重力勢能減小得就較緩慢?！驹囼災康摹坑^看和生疏動能向內能的轉化?！驹囼瀮热菖c現象】找一塊薄鐵皮〔厚度最好不超過0.3〕，將它剪下3上。鐵皮的長度以圍過木棍一圈多即可。用手拿著木棍，將裹好的鐵皮放在一塊較大的廢木頭〔外表光滑一點〕或舊木凳上〔9.2.5〕，然后用另一只手手指背后的皮膚觸及鐵片，登記此時對它溫度的感覺。用槌子快速地敲擊鐵皮，直至停槌后再用手指觸及它時會感到發(fā)燙。留意手指有燙的感覺要馬上離開鐵片。鐵皮的質量小〔短一點、薄一點〕，敲擊的速度快，溫升現象明顯。敲的速度慢或換用金屬墊物，則向空氣的散熱和墊物的導熱將削減溫升。試驗六電磁能和動能的轉化【試驗目的】觀看電磁能和動能之間的相互轉化。【試驗內容】把一個小羅盤放在火柴盒的底盒里，用導線將底盤纏繞幾圈，導線要恰好蓋住羅25厘米長。這個長度最好用尺量出。轉動底盒，使導線與小羅盤指向南北的指針平行。然后，把導線一頭與干電池一極連接，如圖9.2.6〔a〕所示。另一頭與電化。9.2.6〔b〕所示放置。銅絲AB〔Φ1毫米〕的兩端與導線連用木條按圖9.2.6〔c〕尺寸做一木框。沿長的方向，在兩個相對的橫向木條上緊緊地拉直兩根直徑為1.5毫米的裸銅導線做導軌9.2.6〔c〕所示放置，磁鐵的高度要使兩根導軌根本在磁鐵的中間。在磁極過。用導線將干電池〔或手搖發(fā)電機串上毫安表后〕與兩導軌相連。選擇適當的電流，會覺察〔或反方向轉動手搖發(fā)電機的手柄，或把磁鐵的兩極顛倒一下，再重做上述試驗，并觀看小銅棍滾動的方向。用硬紙板做成一個紙管，粗細要能讓條形磁鐵自由出入。管的外面用導線纏繞，形成一個線圈，如圖9.2.6〔d〕所示。線圈每頭留下的長度不少于50厘米，這個長度也需用尺量出。將這個線圈與一個檢流計或試驗〔1〕中自制的羅盤線圈相連，用一個條形磁鐵快速導線與指向南北的指針平行；并且要讓羅盤線圈盡量遠離線圈，以免磁鐵感應。用絕緣導線在一個軟鐵芯上纏繞幾圈，形成一個線圈。將線圈與一個檢流計相連，參見圖9.2.6〔e〕。用一塊條形磁鐵在線圈的上方來回搖擺，同時觀看檢流計的指針有什么變觀看此時指針的變化。試驗七熱絲電流計【儀器原理】在熱絲電流計中，電流流過一根鉑系合金絲，簡稱為熱絲，圖9.2.7中的AC.當電流通過時，由于電流的熱效應，熱絲發(fā)熱而膨脹伸長。這個膨脹結果被彈性金屬絲〔9.2.7中的F〕接收。彈性金屬絲就像機械表中的發(fā)條一樣，總保持企圖伸直的趨勢，從而將一根絲線拉緊。絲線繞在一個帶指針的小轉軸〔圖9.2.7中的E〕上，當絲線運動時，帶動轉軸轉〔圖9.2.7中的BD〕。絲線不能直接系在熱絲上，由于熱絲產生的熱會使其燃燒，而磷青銅絲起到隔熱又轉化為指針的動能和彈性金屬絲的勢能。試驗八壓縮能的傳播【試驗原理】無色散的狀況下，運動形式與其能量的傳播速度是一樣的，在固體中可以到達每秒數千米，遠遠超過一般物體運動的速度。1、首尾硬幣的運動【試驗步驟】〔最好用膠帶等將它們固定住〕。②將兩枚同樣的硬幣分別放在行頭與行尾緊貼在一起，但不與之固聯(lián)。③給第一枚硬幣一個快速的沖擊，使它快速撞擊在其次枚硬幣上，如圖9.2.8〔a〕所示。④觀看全部硬幣的運動狀況。〔〕代替那一行固聯(lián)在一起的硬幣，重復上面試驗的其次至第四步。說，第一枚硬幣沖擊所產生的壓縮能量，在硬幣的行列〔或者固體棒〕中一波緊接一波，快察不到中間全部硬幣的運動，即它們似乎都是靜止的。那么，壓縮能是如何傳遞的呢？2、多米諾骨牌【試驗步驟】〔〕在桌面上面對面排成一行，如圖9.2.8〔b〕所示。留意每兩個骨牌之間的距離要小于其高度。②給位于第一個的骨牌A一個稍微而快速的沖力。試驗九波傳播能量【試驗原理】波不但傳播振源的振動狀態(tài)，而且傳播振源的能量?！驹囼災康摹坑^看水波傳遞能量的現象?！驹囼灢襟E】預備一個平底水槽，裝上適量的水；并在水槽的一邊放置一個軟木塞。手握長木條的細桿，在水槽的另一端做上下方向的振動，如圖9.2.9所示。觀看水波的狀況，并留意觀看軟木塞的運動。增大或者減小手抖動的幅度，觀看水波以及軟木塞的運動狀況。加快或者減慢手抖動的頻率，觀看水波以及軟木塞的運動狀況?！粳F象解釋】塞，使它隨著水波上下振動。波峰到來時，軟木塞上升；波谷到來時，軟木塞下降。長木條振動的能量通過水波的中介作用，傳遞給了軟木塞。所以，波不但傳遞振源的振動狀態(tài)，而之產生變化，其波峰上升而波谷降低，軟木塞的運動幅度也就隨之增大。這些說明，振源的〔參見9.2.9〕。波是能量的傳播者，它將振源的能量傳遞到它到達的全部地方。③認真觀看全部骨牌的運動狀況。沖擊骨牌A時，就向它傳遞了一份小小的脈沖能量，造成它的傾倒，使它