巧用“微小形變演示器”幾例

微小形變的放大演示可形象說(shuō)明力的作用效果，設(shè)計(jì)制作方法可多種多樣，只要能夠生動(dòng)說(shuō)明問(wèn)題即可。筆者用簡(jiǎn)易裝置達(dá)到了目的：250ml玻璃瓶一個(gè)、毛細(xì)玻璃管一根、橡皮塞一塊(圖1)。設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單、巧妙、可一物多用，利用玻璃瓶及其內(nèi)封存(可用液體封存)的空氣或液體的傳感作用（感知溫度和形變張縮）可說(shuō)明許多物理問(wèn)題。

1 演示微小形變

封閉空氣或盛裝液體于微小形變演示器中，調(diào)節(jié)毛細(xì)管中氣柱或液柱高度剛好置于管中部，然后用兩手掌握住玻璃瓶稍用力擠壓，液柱或氣柱子上升可明顯將微小形變放大。

2 演示熱脹冷縮

使用NH4NO3或Na2S2O3溶解吸熱降溫，將玻璃瓶置于NH4NO3或Na2S2O3溶液中，由于溫度降低，玻璃瓶中液體或氣體因溫度下降而冷縮，液柱下降；然后用兩手掌心握住玻璃瓶（勿用力擠壓），借用人體體溫加熱玻璃瓶片刻，瓶中液體或氣體因熱脹導(dǎo)致液柱上升。借此原理，若用液柱封存空氣還可做成簡(jiǎn)易氣體溫度計(jì)。

注釋 實(shí)際情形應(yīng)該是這樣的，兩手掌握住玻璃瓶時(shí)（勿用力擠壓），剛開(kāi)始液柱是下降的，稍后才會(huì)上升，這是由于初始時(shí)玻璃外壁首先吸熱膨脹，玻璃瓶稍許增大，導(dǎo)致液柱或氣柱是下降，其后瓶中液體或氣體才慢慢吸熱膨脹才引起液柱上升。

3 汽化吸熱

用一塊毛巾醮酒精包在玻璃瓶外壁上，片刻后管中液柱下降，說(shuō)明酒精汽化吸熱導(dǎo)致瓶中液體溫度降低，然后冷縮。

4 顏色與吸熱

用同規(guī)格的二無(wú)色瓶和同規(guī)格的毛細(xì)管、橡皮塞各做一微小形變演示器，將其中一瓶外壁用碳素墨水涂黑，調(diào)節(jié)二毛細(xì)管中液面處于同樣的高度，然后用300w的輻射加熱燈同時(shí)照射加熱，可見(jiàn)涂黑瓶的毛細(xì)管液面上升明顯要快要高一些，若將二瓶涂成不同顏色或不同深淺的同種顏色，所見(jiàn)現(xiàn)象相同，說(shuō)明物體顏色不同、深淺不同對(duì)光熱的吸收是不同的，顏色越深對(duì)光熱的吸收能力越強(qiáng)。

5 比較液體的體脹系數(shù)大小并精確測(cè)量

在同規(guī)格的二微小形變演示器中封裝同溫度兩種不同的液體（如酒精和水，選擇的液體體脹系數(shù)相差要大），調(diào)節(jié)二毛細(xì)管中液面處于同樣的高度，然后用300w的加熱燈在同等位置同時(shí)照射加熱，可見(jiàn)酒精玻璃瓶上的毛細(xì)管液面上升明顯要快要高一些，說(shuō)明在同樣的熱量變化下，二液體的體脹系數(shù)是不一樣的，酒精的體脹系數(shù)明顯高于水的體脹系數(shù)。如果精確刻度還可用于測(cè)定體脹系數(shù)的大小，將毛細(xì)管換成稍粗些的玻璃細(xì)管（如Φ=5mm）以便刻度計(jì)量，并在管頂上套乳膠管夾上夾子（以防液體蒸發(fā)），利用穩(wěn)定室溫，選定天氣即將變化前后時(shí)間來(lái)測(cè)定，變化前室溫T1狀態(tài)下測(cè)得穩(wěn)定體積刻度V1，然后夾住乳膠管，天氣變化后松開(kāi)夾子，室溫T2狀態(tài)下測(cè)得穩(wěn)定體積刻度V2，則體脹系數(shù)為α=︱V2-V1︱/(︱T2-T1︱V1)

6 演示物體受浮力的特性

在圖2示微小形變演示器中設(shè)一15ml左右的氣球，細(xì)線系氣球處系一小金屬棒（金屬棒所受重力能將氣球完全拉入瓶底），在毛細(xì)管上用細(xì)線提升氣球，可見(jiàn)管中液面有升降變化，說(shuō)明氣球處于不同深度所受浮力大小不同，氣球通過(guò)形變適應(yīng)浮力大小變化維持平衡狀態(tài)，氣球所受其它力（細(xì)線拉力、金屬棒拉力和氣球所受重力）不會(huì)引起氣球形變，唯有浮力才會(huì)引起形變。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。