专利名称：热能转化为机械能教学实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及物理教学实验装置技术领域，特别涉及热能转化为机械能教学实验装置。
背景技术：
机械能转换为内能、内能转换为机械能是中学物理教学的十分重要和不可缺少的内容。传统物理教学中，本实验的一般是利用“压缩引火仪”进行，方法是取适量硝化棉或蘸有乙醚的棉花球放入压缩引火仪气缸内，然用使用活塞压缩气缸内部气体，硝化棉或棉花球内的乙醚燃烧后气缸内气压增加把活塞迅速向上弹起，从而验证热能可以转化为机械能。实验虽然比较直观地展现了热能转化为机械能的过程，但是实验过程过于复杂，而且乙醚的用量更加不好掌握，用量太少，演示效果不明显；用量太多则增加实验的危险性。很多老师使用这种传统的方式做此实验时，常常会碰上一些尴尬的场面，在课前准备实验时，能一次成功，非常顺利，而拿到教室里给学生演示时，却很难成功，影响了课堂的教学效果。因此传统实验装置和方法的“难引燃、易断裂和引燃物难觅”是困惑广大教师的难题。本热能转化为机械能教学实验装置结构简单、操作安全方便、效果明显，便于演示和观察，可以大大提高实验教学的效果。
发明内容
本发明提供一种热能转化为机械能教学实验装置，该装置结构简单、操作安全方便、成功率高、效果明显，可以大大提高实验教学的效果。本发明主要由一个以高强度硼化玻璃为材料制成的呈反“L”型的热能转化为机械能操作单元和一个由惠斯能电桥构成的温度监测单元构成。在热能转化为机械能操作单元的直径较小的圆筒内安装有活塞(B)，活塞的上部装有指针(F)，在直径较小圆筒旁安装有一个标尺(R)。在直径较大的圆筒内安装有一个20ΚΩ的热敏电阻(Rt)及一个电发热元件(Wl)，温度探测输出端(m、N2)通过两根导线穿过容器(Ml)的外壁与热敏电阻(Rt)两端连接，电发热元件(Wl)通过导线穿过容器(Ml)的外壁通过一个电键(以)与电源(P2) 连接。电阻(R1、R2)、电位器(R3)、检流计(G)、直流电源Pl组成温度监测单元。当温度监测单元的XI、X2所连接的热敏电阻(Rt)的阻值发生变化时，检流计的指针将发生较大的摆动。因为热敏电阻(Rt)置于容器(Ml)内部，当(Ml)内部温度变化时，热敏电阻(Rt)的阻值将发生较大变化，检流计的指针将发生较大的摆动。由于容器(Ml)是密闭的，当容器 (Ml)受热时其内部气体会膨胀，进而会推动活塞(B)向上运动，这时固定在活塞上端的指针(F)也将同步向上运动，借助其旁边安装的标尺(R)可以明显的观察到指针(F)运动方向和距离。同样，当容器(Ml)冷却时其内部气体会收缩，进而会拉动活塞(B)向下运动，这时固定在活塞上端的指针(F)也将同步向下运动，借助其旁边安装的标尺(R)可以明显的观察到指针(F)运动方向和距离。实验时可以通过闭合电键(K2)使电发热元件(Wl)工作为容器(Ml)加热，也可以使用酒精灯直接对容器(Ml)底部(直径较大的圆筒的底部)加热，这时容器(Ml)受热其内部气体会膨胀，进而会推动活塞(B)向上运动，固定在活塞上端的指针(F)也将同步向上运动，借助其旁边安装的标尺(R)可以明显的观察到指针(F)运动方向和距离。当切断电源， 停止加热后，当容器(Ml)冷却时其内部气体会收缩，进而会拉动活塞(B)向下运动，这时固定在活塞上端的指针(F)也将同步向下运动，借助其旁边安装的标尺(R)可以明显的观察到指针(F)运动方向和距离，通过这种现象说明热能使容器(Ml)内气体的内能发生了变化并通过容器(Ml)内气体对活塞⑶做了功，热能转化为了机械能。与此同时通过温度监测单元可以直观的观察到容器(Ml)内部的温度的变化情况，进而可以通过对容器(Ml)内部的温度的变化与活塞运动的状态的比较更明确直观的理解热能与机械能转化的现象。利用本装置可以简捷方便的完成热能转化为机械能的演示实验并可大大提高实验教学的效果。
图1为本发明实施例的热能转化为机械能操作单元示意图。图2为本发明实施例的温度监测单元内部电路图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。如图1及图2所示，本发明主要由一个以高强度硼化玻璃为材料制成的呈反“L” 型的热能转化为机械能操作单元和一个由惠斯能电桥构成的温度监测单元构成。图1中Ml是以高强度硼化玻璃为材料制成的由两个直径不同相互贯通的圆筒构成的呈反“L”型的型容器，大圆筒的直径约为5cm，圆筒高15cm，小圆筒直径约为2cm，圆筒长20cm，由于本例中加热部分的圆筒的直径较大，可以提高实验时活塞运行的行程，使实验的效果更好。在直径较小的圆筒内安装有活塞(B)，活塞的上部装有指针(F)，在小圆筒旁固定有一个标尺(R)。在直径较大的圆筒内安装有一个20ΚΩ的热敏电阻(Rt)及一个电发热元件(Wl)，温度探测输出端(Ni、N2)通过两根导线穿过容器(Ml)的外壁与热敏电阻 (Rt)两端连接。电发热元件(Wl)通过导线穿过容器(Ml)的外壁通过一个电键(K2)与电源(P2)连接。图2中，电阻(R1、R2)、电位器(R3)、检流计(G)、电源开关(kl)直流电源(Pl)及 XI、X2端连接的热敏电阻(Rt)组成一个惠斯通电桥，封装在一个塑料盒中，构成温度监测单元，用于监测容器(Ml)内部温度变化。R3是一个100ΚΩ电位器，用来调节检流计(G)的静态示数。当电桥中X1、X2所连接的热敏电阻(Rt)的阻值发生变化时，检流计(G)的指针将发生较大的摆动。因为热敏电阻(Rt)置于容器(Ml)内部，当(Ml)内部温度变化时，热敏电阻(Rt)的阻值将发生较大变化，检流计的指针将发生较大的摆动(按本实施例中的电流方向，当热敏电阻Rt温度升高时阻值会变大，而当热敏电阻Rt阻值升高时，检流计的指针按顺时针向右发生较大偏转，借此同步指示容器内温度的变化)。由于容器(Ml)是密闭的，当容器(Ml)受热时其内部气体会膨胀，进而会推动活塞(B)向上运动，这时固定在活塞上端的指针(F)也将同步向上运动，借助其旁边安装的标尺(R)可以明显的观察到指针(F) 运动方向和距离。同样，当容器(Ml)冷却时其内部气体会收缩，进而会拉动活塞(B)向下运动，这时固定在活塞上端的指针(F)也将同步向下运动，借助其旁边安装的标尺(R)可以
4明显的观察到指针(F)运动方向和距离。Sl是一个可以可开关的排气阀门，用于初始化容器(Ml)内的气压状态。实验时，将温度监测单元的探测输入端(XI、X2)分别连接到热能转化为机械能单元的温度探测输出端(附、拟)上，然后打开排气阀门(Si)将活塞(B)放回到起始位置(最下端)后再关闭排气阀门(Si)，关闭电源开关(K1)，调节0 )使检流计(G)的静态示数指向“0”。然后，可以通过闭合电键(K2)使电发热元件(Wl)工作为容器(Ml)加热，也可以使用酒精灯直接对容器(Ml)底部(直径较大的圆筒的底部)加热，这时容器(Ml)受热其内部气体会膨胀，进而会推动活塞(B)向上运动，固定在活塞上端的指针(F)也将同步向上运动，借助其旁边安装的标尺(R)可以明显的观察到指针(F)运动方向和距离。当切断电源， 停止加热后，当容器(Ml)冷却时其内部气体会收缩，进而会拉动活塞(B)向下运动，这时固定在活塞上端的指针(F)也将同步向下运动，借助其旁边安装的标尺(R)可以明显的观察到指针(F)运动方向和距离，通过这种现象说明热能使容器(Ml)内气体的内能发生了变化并通过容器(Ml)内气体对活塞⑶做了功，热能转化为了机械能。与此同时通过温度监测单元可以直观的观察到容器(Ml)内部的温度的变化情况，进而可以通过对容器(Ml)内部的温度的变化与活塞运动的状态的比较更明显直观的理解热能与机械能转化的现象。利用本装置可以使学生更直观真切的观察和理解热能转化为机械能的现象，大大提高了实验的成功率和实验教学的效果。该装置结构简单、操作方便、效果明显便于演示和观察，可以大大提高实验教学的效果。本实施例中热敏电阻(Rt)选用温度系数较高的具有正温度系数(PTC)型，额定电压为6V的20ΚΩ热敏电阻；Rl、R2选用20ΚΩ的碳膜电阻，电位器(旧)为100ΚΩ的小型电位器，检流计(G)选用AC15型直流复射式检流计；直流电源选用6V直流电源，可用四节 AA电池串联组成。其它元件无特殊要求。
权利要求
1. 一种热能转化为机械能教学实验装置，包括一个热能转化为机械能操作单元和一个温度监测单元，其特征在于热能转化为机械能操作单元由两个直径不同相互贯通的以高强度硼化玻璃为材料的圆筒构成的呈反“L”型容器构成，直径较小的圆筒内安装有活塞，活塞的上端安装有指针，在直径较小的圆筒旁安装有标尺上，直径较大的圆筒内安装有一个热敏电阻(Rt)和电发热元件(Wl)，温度探测输出端(m、N2)通过两根导线穿过容器(Ml)的外壁与热敏电阻(Rt)两端连接，电阻(R1、R2)、电位器(R3)、检流计(G)、直流电源(Pl)组成温度监测单元。
全文摘要
本发明涉及物理教学实验装置技术领域，特别涉及热能转化为机械能教学实验装置。本发明提供一种热能转化为机械能教学实验装置。本发明主要由一个热能转化为机械能操作单元和一个温度监测单元构成。实验时加热容器(M1)，其内部气体会膨胀会推动活塞(B)向上运动，停止加热后，容器(M1)逐渐冷却，内部气体收缩会拉动活塞(B)向下运动，这种现象说明热能通过容器(M1)内气体对活塞(B)做了功，热能转化为了机械能。与此同时通过监测容器(M1)内部的温度的变化与活塞运动的相关情况，更直观的理解热能与机械能转化的现象。利用本装置可以方便的完成热能转化为机械能的演示实验提高实验教学的效果。
文档编号G09B23/06GK102446437SQ20101050823
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者柳延东 申请人:柳延东