固體的熱膨脹的演示
浙江省玉環縣教育局教研室鄭青嶽老師設計的固體的熱膨脹實驗。
底板用(30×25×05)厘米3的木板做成,刻度板用(15×5×05)厘米3的木板做成。板端有為兩枚長鐵釘,放大用的指針用28厘米左右的麥稈或篾片削製成(用篾片製時要求削得薄些、窄些),指針的左端有相距約2厘米的兩個小孔。一枚大頭針穿過外邊的小孔將指針固定於鉛皮做成的底座上。取一長約35厘米的細銅線(可用細的漆包線)穿過指針裏邊的小孔中,線的兩端係於長鐵釘上,使指針針尖落在刻度板的適當位置上。
實驗時,劃燃一根火柴加熱銅線的某部分,銅線受熱膨脹伸長,可見指針繞順時針方向明顯偏轉。移去燃燒的火柴,銅線變冷收縮,可見指針回到原位置。這樣一根火柴可以重複做好幾次。
熱膨脹小實驗
初中物理有一演示實驗,演示的是冷縮時產生的力的破壞作用。這種實驗儀,一般中學特別是農村中學沒有,因此,學生無法在課堂上親眼目睹熱脹冷縮受阻時產生的破壞作用,致使課堂效果不佳,學生對熱脹冷縮在技術上的意義認識不足。教材上介紹的這種儀器,製作又非常困難。為解決這個問題,山東省汶上縣十一中學尹魯遜老師經過多次試驗,自己設計出熱膨脹受阻時產生的力的破壞作用演示器。
本演示器的特點是:器材易找,製作簡單,操作方便,實驗所需時間短,效果明顯,經課堂實驗,效果令人滿意。
在做此實驗之前,要先讓一學生用一隻手掰一厚玻璃片、結果沒掰斷,然後再做實驗,實驗的結果將使學生感到吃驚。
器材及裝置如圖。
(1)在銅棒與右木板相頂觸的地方,最好隔上一厚鋼片,這樣效果會更好。
(2)為使左右木板在銅棒受熱膨脹的過程中,它們之間的距離保持不變,可在這兩木塊上方釘一木條。
(3)設計時要使固定木塊與右木板之間的距離正好等於銅棒的長度加玻璃條的厚度,活動木楔寬的一邊要比固定木塊寬些,這樣可使銅棒緊頂玻璃條。
(4)固定木塊與活動木楔之間的距離不易太小(大於10cm效果非常明顯)。
選取的銅棒不要太細太短,其他自己可根據具體情況設計。
“固體熱膨脹演示儀”的改進
九年級物理在介紹固體熱膨脹的性質時,通常用“固體熱膨脹演示儀”讓學生觀察銅棒受熱時長度增加的現象,由於固體受熱膨脹時長度的增加量很微小,因此,這種演示儀采用了“杠杆放大”的手段,把固體受熱膨脹時長度的增加變換成一種角度的增加,這種設計原理也是在如何“放大”銅棒長度的增加量問題上想出的辦法。
那麼,能不能不依靠放大銅棒的增加量,而又能直觀地讓學生觀察到銅棒受熱膨脹,遇冷收縮的物理特性呢?
甘肅涇川荔堡中學劉永成老師在教學實踐中,采用了一種簡單的電路裝置,設計成了一種“簡易固體熱膨脹演示儀”。它很好地解決了上述問題,並收到了滿意的教學效果。
簡易固體熱膨脹演示儀的構造如圖3所示,它由支架、膨脹杆、幹電池、小燈泡、兩根導線組成,製成尺寸一般長為30cm左右,高為20cm左右,膨脹杆可選用粗一些的銅、鋁或鐵導線,但要在直立支架的小孔內固定穩,不能活動,膨脹杆的懸空端要對準幹電池的正極,幹電池可用鐵釘從兩側固定在木座上。
演示時,先連接好導線,調整幹電池的正極與膨脹杆懸空端的距離,留出1mm左右的空隙(可用一張厚紙片插入顯示這個空隙)。用酒精燈(或蠟燭)在膨脹杆的下麵加熱。1分鍾內就可看到由於膨脹杆長度增加,與幹電池正極接觸,電路接通,小燈泡發光,撤去酒精燈,膨脹杆遇冷收縮,電路斷開,小燈泡立刻熄滅。重複實驗,可多次觀察上述現象,演示效果直觀明顯,趣味性強,由於取材容易,製作簡單,可讓學生自己製作,進行課外小實驗。