國外實(shí)驗(yàn)介紹-能量的轉(zhuǎn)化和守恒

國外試驗(yàn)介紹國外試驗(yàn)介紹——能量的轉(zhuǎn)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(jī)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(yàn)一蕩秋千【試驗(yàn)?zāi)康摹繝幷摍C(jī)械能的轉(zhuǎn)化與守恒?！驹囼?yàn)內(nèi)容與現(xiàn)象】上，你能夠精準(zhǔn)地體會到在到達(dá)最高點(diǎn)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(dāng)秋千到達(dá)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(zhuǎn)化中能量沒有損失。試驗(yàn)二自由下落的球【試驗(yàn)?zāi)康摹坑^看機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和損耗?！驹囼?yàn)內(nèi)容和要求】1、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(yàn)，井留意觀看沙子外形的變化。將水泥地和沙地的試驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論做一個比較。機(jī)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(yàn)中，能量是怎么變化的？能量還守恒嗎？2、落入汽車輪胎內(nèi)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(nèi)，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(fù)上面的試驗(yàn)。時，小球的動能又轉(zhuǎn)化為勢能。所以，小球又上升到原來的高度。試驗(yàn)三魔瓶——彈性勢能和動能【試驗(yàn)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(nèi)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(nèi)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(xì)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(zhuǎn)動瓶子，大約轉(zhuǎn)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(xiàn)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(chǎn)生扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為滾動動能，并使瓶的速度到達(dá)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(zhuǎn)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?yàn)器材】一根小木棍；一個內(nèi)徑大于木棍直徑的橡膠墊圈?！驹囼?yàn)內(nèi)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?qū)W生提問：假設(shè)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(zhuǎn)起來，造成墊圈一邊旋轉(zhuǎn)一邊下落的效果。再向?qū)W生提問：為什么這一次下落的狀況與上一次不同？【試驗(yàn)現(xiàn)象與解釋】的速度就越慢；反之，墊圈旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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?。?dāng)墊圈轉(zhuǎn)動時，它的轉(zhuǎn)動動能來自墊圈所受切向分力的力矩做功。當(dāng)墊圈的轉(zhuǎn)動動能大到旋轉(zhuǎn)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?yàn)?zāi)康摹坑^看和生疏動能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化?！驹囼?yàn)內(nèi)容與現(xiàn)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(diǎn)〕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(zhì)量小〔短一點(diǎn)、薄一點(diǎn)〕，敲擊的速度快，溫升現(xiàn)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(dǎo)熱將削減溫升。試驗(yàn)六電磁能和動能的轉(zhuǎn)化【試驗(yàn)?zāi)康摹坑^看電磁能和動能之間的相互轉(zhuǎn)化?！驹囼?yàn)內(nèi)容】把一個小羅盤放在火柴盒的底盒里，用導(dǎo)線將底盤纏繞幾圈，導(dǎo)線要恰好蓋住羅25厘米長。這個長度最好用尺量出。轉(zhuǎn)動底盒，使導(dǎo)線與小羅盤指向南北的指針平行。然后，把導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線做導(dǎo)軌9.2.6〔c〕所示放置，磁鐵的高度要使兩根導(dǎo)軌根本在磁鐵的中間。在磁極過。用導(dǎo)線將干電池〔或手搖發(fā)電機(jī)串上毫安表后〕與兩導(dǎo)軌相連。選擇適當(dāng)?shù)碾娏鳎瑫X察〔或反方向轉(zhuǎn)動手搖發(fā)電機(jī)的手柄，或把磁鐵的兩極顛倒一下，再重做上述試驗(yàn)，并觀看小銅棍滾動的方向。用硬紙板做成一個紙管，粗細(xì)要能讓條形磁鐵自由出入。管的外面用導(dǎo)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(yàn)〔1〕中自制的羅盤線圈相連，用一個條形磁鐵快速導(dǎo)線與指向南北的指針平行；并且要讓羅盤線圈盡量遠(yuǎn)離線圈，以免磁鐵感應(yīng)。用絕緣導(dǎo)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?fù)u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(yàn)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(dāng)電流通過時，由于電流的熱效應(yīng)，熱絲發(fā)熱而膨脹伸長。這個膨脹結(jié)果被彈性金屬絲〔9.2.7中的F〕接收。彈性金屬絲就像機(jī)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(zhuǎn)軸〔圖9.2.7中的E〕上，當(dāng)絲線運(yùn)動時，帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)〔圖9.2.7中的BD〕。絲線不能直接系在熱絲上，由于熱絲產(chǎn)生的熱會使其燃燒，而磷青銅絲起到隔熱又轉(zhuǎn)化為指針的動能和彈性金屬絲的勢能。試驗(yàn)八壓縮能的傳播【試驗(yàn)原理】無色散的狀況下，運(yùn)動形式與其能量的傳播速度是一樣的，在固體中可以到達(dá)每秒數(shù)千米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般物體運(yùn)動的速度。1、首尾硬幣的運(yùn)動【試驗(yàn)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(yùn)動狀況?！病炒婺且恍泄搪?lián)在一起的硬幣，重復(fù)上面試驗(yàn)的其次至第四步。說，第一枚硬幣沖擊所產(chǎn)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(yùn)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(yàn)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(yàn)九波傳播能量【試驗(yàn)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?yàn)?zāi)康摹坑^看水波傳遞能量的現(xiàn)象?！驹囼?yàn)步驟】預(yù)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(xì)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(yùn)動。增大或者減小手抖動的幅度，觀看水波以及軟木塞的運(yùn)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(yùn)動狀況?！粳F(xiàn)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(chǎn)生變化，其波峰上升而波谷降低，軟木塞的運(yùn)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(dá)的全部地方。③認(rèn)真觀看全部骨牌的運(yùn)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