电能和机械能相互转化的演示实验
为了做好这两个演示实验，成都市解放中路中学刘培道、成都市东城区教育局教研室包世荣老师设计了如图1所示的电路。电路图中的J为恒磁式玩具电机(6V)。K为单刀双掷开关，当开关的动触头1跟定触头2接触时，电机作电动机使用，演示电能转化为机械能的实验。当开关的动触头1跟定触头3接触时，电机作发电机使用，演示机械能转化为电能的实验。
演示实验的结构
电机J、线绕电位器R(68Ω)、开关K、手电筒小灯泡L(15V，02A)以及供外接安培表、伏特表、电源(3V，6V)的六个接线柱均安装在一个铝板上(铝板的长12cm、宽6cm、厚02cm)。另外，跟套在电机轴上的小齿轮相咬合的大齿轮也安装在这一块铝板上。小齿轮的Z1=10齿、Φ1=6毫米(D外)，大齿轮的Z2=144齿、Φ2=75毫米(D外)，咬合时要注意不能过紧。砝码是用保险丝经熔化成型的圆柱体(质量为350克)。下面的图2是演示实验的结构示意图。
改变接入电路的电位器的阻值，来控制通过电动机的电流强度，从而控制电动机的转速，达到控制砝码的上升速度。再配合使用齿轮传动减速，砝码上升的速度就会很慢，演示效果相当明显。
实验的方法
(1)演示电能转化为机械能的实验
开关的动触头1跟定触头3接触，电源接8、9两接线柱，接线柱的6、7接安培表，4、5两接线柱接伏特表，电位器预先调到演示效果明显的位置。然后把开关的动触头1跟定触头2接触，电路被接通，电动机将砝码缓慢地提起。此时，学生能有充分时间观察到砝码的上升，以及安培表和伏特表指针的偏转。引导学生得出：给小电机通电，电动机将砝码提起，这时电流做了功。在这个做功过程中，电能转化为机械能。
(2)演示机械能转化成电能的实验
开关的动触头1跟定触头3接触，8、9两接线柱空着不用，安培表接6、7两接线柱，伏特表接4、5两接线柱。然后让预先提起的砝码下降。此时，学生观察到由于砝码的下降，安培表、伏特表指针的偏针，以及小灯泡的发光。引导学生得出：砝码下降，小灯泡发光，这时重力做了功。在这个做功过程中，机械能转化为电能。
两用叶轮的制作及演示
如图3所示是一个两用叶轮，用它既可以演示蒸汽机的工作原理，又可以演示水轮机的工作原理。湖南师大附中贺兴梅老师介绍了这种装置的构造和制作方法。
①叶轮②支架③底座①叶轮：用废甘油盒做。把甘油盒用洗衣粉清洗干净，用砂纸把盒的中心部分和盆边沿上的漆打磨掉，再在被打磨的地方焊一层锡，用易拉罐上的铁皮剪成12个长13cm，宽1cm的小片，分别把小片的一边打磨干净，并把小片放在圆柱体上弯成瓦片状，然后在被打磨处上一层锡，测出甘油盒的周长，把周长平均分成12等份，在每一等份处作个记号，分别在记号处焊上一块长方形小片，再在盒两面的中心处焊上一段光滑的金属棒，作为转动轴，于是叶轮便做成了。
②支架：用易拉罐铁皮剪成两块1cm×15cm的条形片，在靠近端点处各钻一孔，把条形片的一端弯成直角，用螺丝把铁固定在底座上，并使上端的两孔在同一水平上，中间间隔一定的距离，用圆锉打去扎上的毛刺，将叶轮的轴分别从两孔穿过，使叶轮处于两孔的中心位置，并在转轴两端与孔接触的那个部位作一记号，用锉把记号外端打细，把打细的部分用砂纸磨光，这样叶轮转动时就不会再从孔中滑出，同时还能减小转动轴与孔之间的摩擦力。叶轮装好后，用口对准叶轮吹气使叶轮转轴能在支架上灵活转动。
③底座：用木板做。在木板上固定四个，使木板与桌面架空，在叶轮片与木板正对的部位钻一孔，在孔内紧插一段尖嘴玻璃管，让玻璃管的下端穿过木板，这样整个装置就做好了。
演示蒸汽机的原理时，按图4所示，先在烧瓶内装适量的水，在瓶口紧插一个附玻璃管的橡胶塞，用一段橡胶管将烧瓶与尖嘴管的下端相连，用酒精灯给烧瓶加热，当蒸汽从喷嘴喷出时，冲击叶轮，于是叶轮便高速转动，若在叶轮的轴上套一根橡皮筋作为皮带轮，将它与另一小型叶轮或其他小型机械的轴连接，这样叶轮转动时，就能带动小型叶轮或小型机械一起转动，这就是能量的转换，大型蒸汽机就是根据这一原理设计的。
演示水轮机的工作原理时，按图5所示，将橡胶管换接可乐瓶，把可乐瓶的底部剪去，将瓶口倒置，用粗针在可乐瓶底部的中心处分别刺三个小孔，并套上绳子，把它悬挂在支架上，往可乐瓶内倒水，把尖嘴玻璃管对准叶轮片，当水从玻璃管中喷出时，冲击着叶轮片，使叶轮转动，水位越高，水压越大，叶轮转得越快，如在叶轮的转轴上套一皮带轮，同样能带动其他的小型机械转动。
热力学第一定律演示仪
余姚中学陈寿钧、徐嘉邦老师利用有机玻璃板、电热丝、温度计等，制成了一个以密闭容器内的空气为研究对象验证热力学第一定律(△E=W+Q)的演示仪。
特点
(1)能定量地(或定性地)演示热力学第一定律。
(2)形象、直观、可见度大，适合在课堂内演示。
(3)制作简便，花钱少，操作容易。演示时间约三分钟。
构造
用有机玻璃板粘合成上端开口的矩形箱体(48×15×45，单位：cm，用氯仿作粘结剂)，并用有机玻璃板把箱体隔为三部分，即大水箱、小水箱、气室(见图6)。气室底部边缘开有小孔，让大水箱中的水一部分通过小孔进入气室底部，把一定量的空气封闭在气室内。气室内装有两根电热丝，用来加热密闭气室内的空气。气室中央还装有温度计，用来观察气室内空气温度的变化。
大水箱侧壁的中部，设有溢流口。先使大水箱内水面与溢流口齐平，一旦气室内空气受热膨胀大水箱内的水能立即溢出，从而保证气室内的空气作等压膨胀。气室内空气膨胀的体积增量△V可直接从溢出在量筒中的水的体积读出。而气室内空气温度的变化△T由温度计显示。
若需作等压压缩时，可在切断电热丝电源后，计气室内空气自然降温，为维持等压，可把小水箱上部的水龙头打开(小水箱内水位高于大水箱15厘米左右)，使大水箱水面始终与溢流口齐平。气室内空气体积的压缩量，可从小水箱补充给大水箱水的体积测得。
这样就可以从气室内空气作等压膨胀和等压压缩两个方面来验证热力学第一定律△E=W+Q。
本实验尚需气压计、低压电源各一个。
原理
因气室密闭，气室内空气质量不变，电热丝对一定质量m的空气加热(接12伏低压电源)，如果空气吸热量为Q，内能增加为△E，做功为W，则△E=W+Q。
因为是等压膨胀，所以W=p△V(如对外做功取负值)，p=(p′+h136)1013×10576(帕斯卡)，p——气室内空气压强(单位：帕斯卡)p′——实验时当地大气压强，从气压计读出)(单位：厘米汞柱)h——大水箱水柱高(单位：厘米)△V——温度升高△T时空气体积的增量，从溢出在量筒中水的体积读出(单位：米3)。
Q=cpm△Tcp——空气在常温常压下的定压比热(cp=1006×103焦/千克·开)m——气室内空气质量(单位：千克)m=ρV=ρ0T0PTP0Vρ0=129千克/米2，T0=273开尔文，p0=76厘米汞柱，V——气室体积(单位：米3)。
所以，△E=W+Q=p△V+cpm△T。
而根据理论计算，空气内能的增量应是：
△E′=i2nR△T。
i——气体分子的自由度，对双原子分子的空气取值为5。
n——空气的摩尔数。
R——气体的普适恒量(R=831焦/摩·开)。
实验的相对误差为：
△E′-△E△E′100%。
我们的实测记录中得出相对误差15%左右，通过对误差原因的分析(主要误差原因是气室未采取绝热措施)，从而证实热力学第一定律是正确的。
如果作为一个定性的实验，那么学生已从气室内空气吸收了电热丝放出的热量，使空气的温度升高(从温度表上看出)，并对外界做功(把一定质量的水从大水箱底部提升到溢口溢出)而得到结论：空气吸收热量，一部分用来增加内能，一部分对外做功。
气体膨胀做功热能减少演示实验的改进
对“气体膨胀做功热能减少”这个演示实验。河南省临颍县北街学校董怀川、丁树仁老师作了如下改进，效果比较明显。
器材
(1)带支管的蒸馏烧瓶一只。
(2)热敏温度计及配套示数电表(也可以用液体温度计)。
(3)酒精灯一只。
实验装置
将带支管的蒸馏烧瓶固定在铁架台上，装入30ml左右的水。再将热敏温度计(或常用液体温度计)的探头包上几层胶布(防止漏气)塞入支管中，最后用橡皮塞将瓶口塞住，实验装置。
操作
(1)按图组装好后，把热敏温度计旋至测的位置。
(2)点燃酒精灯给水加热到沸腾，待温度计示数稳定在100℃左右时，然后用橡皮塞塞好瓶口。
(3)继续给水加热，当水蒸气温度达到104℃左右时，水蒸气会把塞子冲出1米多高，同时温度计示数下降5℃左右。然后可以重新用橡皮塞塞住瓶口重复实验。
对气体热膨胀做功实验的改进三则
(一)初中物理“气体膨胀做功热能减少”的实验是这样演示的：在试管中装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲开。水蒸气膨胀时对软木塞做功，消耗了水蒸气的热能。学生对“消耗了水蒸气的热能”不易理解，云南省思茅第二中学郝冬云、江苏省东台市海堰中学顾东亮老师介绍把这一装置做如下改进，效果明显提高。
在试管上部的l/3开一个口，再接上一小段粗玻璃管，将一支温度计(量程120℃以上)通过橡皮塞塞在开口上，并用细线将这个塞子固定牢，装置如图8所示。当气体膨胀做功时，温度计的示数降低，说明水蒸气的热能减少。
