固體膨脹演示裝置
物理教材中介紹了物體的熱膨脹,並對固體熱膨脹做了一個演示實驗,該實驗雖能演示其熱膨脹特點,但可見度不好,全班學生難以觀察到膨脹棒微小的變化。為此,陝西省安康師範學校陳勇老師設計製做了一個利用投影及聲響和燈光增加其可見度和效果的裝置,其演示效果較佳。該裝置一是可讓學生從銀幕上直接觀察到銅棒的伸長,二是通過燈光、音響增強了效果。
儀器及器材
投影器、低壓電源、小燈泡及燈座、酒精燈、用於熱膨脹的銅棒及固定架與支架,另外還有音樂門鈴和導線等。
實驗裝置
如圖4所示(圖中未畫出加熱用的酒精燈)。
實驗過程
用導線聯接電源,使電路通過小燈泡、音樂門鈴以及膨脹裝置的銅棒固定端B,可調節長短的金屬旋紐D端用導線接入電源(如圖所示)。
將銅棒及支架放置在投影器投影台上,調節金屬旋紐於適當長度,使銅棒被酒精燈加熱到一定程度時,銅棒將膨脹到其A端剛好與金屬旋鈕的C端接觸,在未對銅棒加熱時,通過投影,學生從銀幕上可看到銅棒與金屬旋鈕之間有一段間隔。現在,用酒精燈加熱銅棒,從銀幕上可看到銅棒的A端與金屬旋鈕C端之間的距離越來越近,酒精燈不斷加熱,過了一段時間就會看到銅棒的A端與金屬旋鈕C接觸,此時,電路中的小燈泡亮了,音樂門鈴也響起了音樂聲。
水的反常膨脹的演示
水的膨脹隨溫度變化不大,一般做“水的反常膨脹”實驗可見度小,不利於學生的觀察,影響教學效果,為了改變這種狀況,湖北通城墨煙中學吳忠甫老師設計自製一個水的反常膨脹裝置,借助投影儀進行演示。
實驗器材100毫升燒瓶一隻,溫度計一個,毛細玻璃管一根,與燒瓶配套的橡皮塞一個。
實驗裝置用打孔器在橡皮塞上打兩個小孔,在小孔中插入溫度計和毛細玻璃管。再把橡皮塞塞緊在燒瓶上,瓶中裝滿加了稍許紅色色素的水(如圖5)。瓶中的空氣要排盡,同時使水柱上升到毛細玻璃管中的適當高度(約8厘米)。
實驗過程先把裝置放入冰箱中降到0℃時取出放在投影儀的玻璃板上,打開投影儀的電源,使屏幕上成像清晰。再引導學生從屏幕上觀察溫度計讀數變化及毛細玻璃管中水柱的升降情況。
當溫度計的讀數從0℃升高到4℃時,毛細玻璃管中水柱開始迅速下降,然後下降的速度逐漸變慢,到4℃時水柱下降到最低點。
當水溫到4℃再繼續升溫時,毛細玻璃管中的水柱就不斷上升。
由此得到結論:水在0℃到4℃時是反常膨脹,熱縮冷脹,而在4℃後是熱脹冷縮。
如果沒有冰箱,可將裝置放在盛著清水的水缸中,再在水缸中加入製寒劑氯化銨(氯化銨溶解於水時要吸收熱量)並用攪拌棒迅速攪拌,使氯化銨迅速溶解,瓶中的水溫會很快下降到達0℃。
自製簡易固體熱脹冷縮演示儀
實驗裝置
如圖6所示,圖中①測力膜盒,②絕熱推力片(用不易導熱材料),③銅棒(長約40cm,亦可用粗鋁絲代替),④活檢套(用金屬片製),⑤頂針(用鐵釘),⑥檢曲尾(彎成直角),⑦放氣閥(用三通管及橡皮塞),⑧顯示板,上麵裝有簡易壓強計(用透明軟塑管製),給U形管裝“紅水”