淺析高中物理知識在生活中的轉化

陳珂

摘要人類在經歷了多年的發展后，總結出眾多的學科，如：生物學、物理學、化學、地理學、政治經濟學等。僅物理學科中人們在經歷了多種實驗與觀察后，推導出在自然界中普遍適合的科學定律——能量的轉化與守恒定律。這一定律的發現，成功的將自然界中的各種自然現象以定律的形式充分表現出來，并探明了各種現象之間的公共量度——能量。能量的概念是科學中最重要的一個理念，也是物理學中的主要問題之一，在我們的生活中這種能量守恒的案例比比皆是。筆者將以自身的實際研究和探索來闡釋這一定律。

關鍵詞能量守恒；物理學；自動升降；上床下桌

能量是一種看不見摸不著的東西，面對這種神奇的東西人們把能量分成電能、化學能、機械能、光能等。這些不同形勢的能量之間是能夠轉化的。動能與勢能的總和是機械能，而勢能又分為彈性勢能、重力勢能這兩種。動能與勢能之間是能夠相互轉化的。通過3年的物理知識學習，深知在我們生活中能量是能夠轉化的，一個物體不僅具有動能、又具有勢能。如：飛行中的飛機由于自身的運動具有一定的動能，但是由于飛機身處高出而具有一定的勢能。

1動能與勢能之間的相互轉化分析

1.1動能和重力勢能之間的相互轉化

動能與勢能之間是能夠實現相互轉化的。但是這種轉化主要是發生在物體只受到重力作用的時候的運動過程中產生的。最簡單的案例就是當我們用一根細線懸掛一個小球，然后將小球拉到某一個合適的高度后松開，小球就會產生自由擺動的效果。通過對擺動小球的觀察不難發現：小球在從最低點向上進行運動的時候，由于受到重力的影響，速度逐漸減慢，并隨著高度的增加運動的速度變得更加緩慢。從動能與勢能的轉化角度來看，擺動的小球其動能逐漸減小、重力勢能逐漸增加，此時動能轉化為重力勢能；當小球運動到最高點的時候，小球的速度變為零，動能也隨之消失成為零，此時小球的重力勢能和最大的。由此可以分析：細線懸掛的小球從最高點再向下進行運動時，小球的高度逐漸降低，其速度逐漸增加，此時小球的重力勢能由最高點時的最大值逐漸減小，而小球的動能是逐漸增加的，此時重力勢能轉化為動能；當小球經過最低點時，小球的速度是最大的，而重力勢能是最小的。

1.2動能和彈性勢能之間的相互轉化

動能與彈性勢能之間的轉化不僅能夠發生在同一物體上，還能夠發生在不同的物體之間。較為明顯的事例為：從高處落下的皮球，當它與地方發生撞擊的時候，皮球就會發生彈性形變，此時皮球的動能轉化為彈性勢能；當皮球結束與地面的接觸后恢復原狀，在此過程中它的彈性勢能也隨之轉變為動能。再如：拉開的弓，在將箭射出去的同時拉彎的弓具有加強的彈性勢能，射出去的箭具有較強的動能，此時弓的彈性勢能轉化為間所具備的動能。

1.3機械能和其他形式的能之間的轉化

我們生活中的機械能轉化不會是這么簡單，不會只是動能與重力勢能之間的相互轉化，也不會只是動能和彈性勢能之間的轉化，應該是動能、重力勢能、彈性勢能和其他形式的能之間的轉化，例如：蹦極的游戲，游戲者將一根有彈性的繩子系在身上，另一端固定在高處，從高處跳下來。在質量不變的情況下，動能的變化取決于速度的變化，從最高點到最低點，速度從慢到快，再到慢，所以游戲者的動能先變大后變小，到最低點時，動能為零；重力勢能的變化取決于高度的變化，高度越來越低，故游戲者的重力勢能一直在減??；彈性勢能的變化取決于彈性形變的大小變化，從最高點到彈性繩自然下垂時繩下端的位置，繩子自然下垂，未發生彈性形變，故沒有彈性勢能。從彈性繩自然下垂時繩下端的位置到人所到達的最低點的位置，繩子發生了彈性形變，具有彈性勢能，在最低點，繩子的形變最大，故繩子的彈性勢能最大。

2生活中能量的轉化實例——自動升降上床下桌

2.1實例分析

高中時由于房間過小，一直坐在床上寫作業。我便想使用那種家具店很流行的上床下桌來解決這個問題。我當時的身高已經長到了1.68，父親轉了好幾個北京城的家具商場以及淘寶網店，發現上床下桌床的高度均在1.50米左右，這就意味著學習的時候是不能站直的，那么，能不能有一種床可以上下升降的上床下桌呢？答案是不管實體店還是網店，均沒有這樣產品，于是，我和父親商定，我們自己來設計和改造。

第一步：選定款式。雖然實體店和網店都沒有我所需要的這種床，但是絕大多數的網店還是支持定制的，然而網店所謂的定制也就只能是定制床的高度，長度等，并不能解決升降的問題。

第二步：確定升降的方案。我和父親構想了多種的升降方案，既要考慮升降的便利性，安全性，又要考慮升降的幅度和美觀度，我們開始聯想到鋁合金門窗的配件——風撐，這種裝置的原理是把床往上托舉到一定高度，再往下稍微一降，風撐自動鎖住，再往上一抬，風撐自動解鎖，床可以下降至原來的位置，由于這種裝置的升降幅度只有15cm，且強度有限，放棄了。后來我們考慮用氣彈簧，氣彈簧就是通過壓縮氣體而產生的推力，我們平常的可升降的電腦座椅，吧臺座椅就是使用的這種彈簧。在淘寶網店上，聯系了多家氣彈簧的廠家，當我們向他們索取氣彈簧的彈性曲線的時候，居然沒有一家能提供準確的特性曲線，賣家只能按照客戶定制的推力（通常指伸張過程的推力）來配置氣壓，當詢問商家氣彈簧在壓縮和伸張過程中，推力的變化有多大差別時，商家回答模棱兩可，或者吹噓的回答相差不大，太不專業了。我們先把定制的上床下桌的尺寸告訴商家，并讓商家告訴我們，往上升的這部分床的重量，再加上原先有的床墊，被褥等合計出整體重量，再將整體重量除以2（采用兩根氣彈簧），就是氣彈簧的推力。于是我們選擇了一家口碑不錯的電商，當我們興致勃勃的收到定制的氣彈簧進行壓力測試的時候，氣彈簧在伸張過程中的推力的確是我們定制的推力，但壓縮過程中的推力遠遠高于伸張的推力，乃至于我父親100公斤的體重都難以壓下去，這勢必將導致當我往下拽床的時候，床未必能降下來，無奈棄之。最后我們選擇了電動推桿，亦即在兩邊床頭的中間位置，安裝兩根電動推桿，那么如何才能保證床在升降的過程中，確保床不會出現傾斜呢？我們在4只床腿的連接部位安裝軌道，就是櫥柜抽屜的軌道，由于軌道的兩頭不在同一個平面上，我們在軌道的一頭墊了一塊木板，確保軌道在垂直平面上伸縮，保證了4只床腿平行升起。我們按照預定的方案，網購了4只櫥柜軌道，2只電動推桿，上床下桌通知了商家，按照設計的尺寸位置，將4條腿鋸斷發貨。endprint

第三部：組裝。先將上床下桌組合好，在4只斷腿的位置安裝軌道，最后安裝電動推桿，由于各種條件的限制，安裝過程還是頗費一番周折，不過在大家的共同努力下，電動升降床組裝成功，現在我每天放學回家，習慣的打開電源，床在12s之內升高20cm，在睡覺之前將床降下，既保證了床下學習的高度，又擁有了睡覺時的上部空間。

2.2關于可電動升降床的產品優化和市場推廣的思考

中國實行獨生子政策已將近30年，尤其是在大中城市，父母重視子女的教育達到了空前的高度，然而在大中城市并不是每個家庭能在學校的附近擁有自己的房產，很多家庭為了孩子上個好的學校，不惜重金在學校附近購買小面積的學區房或者租房，他們將是可升降上床下桌的潛在需求者。另外，上床下桌在各大學生公寓也已經很普及了，大學生們對現有的上床下桌有升級的需求。首先將升降裝置進行可市場化的改進亦即做成一個很完美的產品而不是DIY，用方形的不銹鋼方管制作腔體，在腔體距離下沿15cm位置增加隔層，并在隔層的下方四周打眼，便于固定住下床腿，上床退直接在腔體里依靠推桿做上下運動，這樣既保證了穩定性又省去了軌道，還起到美觀的作用。

2.3市場推廣

首先要向國家知識產權局申請專利，對產品進行保護，關于市場化有以下幾個方案：首先，自己注冊商標開工生產，同時開網店自行銷售。特點：投資大，周期長，收益預期不明朗；其次，尋找合適的家具廠家進行合作，貼牌銷售。特點：風險小，效益低；最后，只生產升降裝置部分，自己開淘寶店，賣給家具廠家，普通客戶以及大學生用于上床下桌的改造升級。特點：投資小、銷量大、風險小。

筆者傾向于第三種方案并結合第二種方案，上床下桌的4腿無非就金屬和全木質兩種材質，且絕大多數為方形，首先搜索淘寶網店上床下桌腿的尺寸，無非就是4cmX4cm的金屬方管和6cmX6cm的木質方腿，那么，我們就只需要生產兩種尺寸的升降裝置，既可以滿足現有淘寶家具廠家自行安裝在他們的產品上進行銷售，又可以滿足普通家庭白行改造升級，并將合作廠家安裝完升降機構的產品用于我的網店進行宣傳和銷售。如果我開淘寶網店，我一定要精準的測量產品的各個方面的參數，充分體現產品的專業程度。

3結論

綜上所述，在生活中的機械能轉化的例子還有很多，3年的物理知識學習激發了我的學習興趣。我堅信，在有幸升入到更高一級的學府進行學習后，我一定還能夠繼續學習和鉆研物理知識，充分發揮自己的聰明才智，將更多的發明應用到實際市場推廣中，為促進我國社主義市場經濟的發展、促進和諧社會的完善貢獻自己的力量。endprint