放大法——研究微小形變的法寶

周繼鋒

[問題背景]

例 （原創題）當你輕輕用力按壓桌面時，桌面會受到向下的壓力，那么壓力可以使桌面發生形變嗎？

猜想與假設：? ?________________________________? ?。

實驗原理分析：采用光學放大法的原理將微小形變進行放大。

設計實驗并進行實驗：

（1）器材：刻度尺一把、平面鏡一個（含固定平面鏡的支架）、激光光源。

（2）按如圖1甲所示裝置組裝實驗器材。

（3）具體實驗方法：如圖1乙所示，①組裝好實驗器材后，打開激光光源讓一束激光光線照射到固定好的平面鏡上，激光被平面鏡反射后在刻度尺上形成一個光斑;

②保持激光光源入射光線的方向不變，當向下壓桌子時，桌子向下發生形變，則固定在桌面上的平面鏡向里傾斜，這樣入射到平面鏡上的光線被平面鏡反射后將向下偏移，即照射在刻度尺上的光斑點將向下移動。

（4）實驗現象分析：只要用力向下壓桌面，刻度尺上被照亮的光斑會向 ___________（填“上”或“下”）移動，這里將桌面微小的形變放大成光斑的移動，實現了利用放大法解決微小形變的基本思想。

實驗結論：任何物體在力的作用下都會發生形變，對于不易發生形變的物體，可以采用放大法將不易直接觀察到的形變進行放大，從而使我們清晰地觀察到實驗現象，這是研究微小形變的法寶。

答案：任何物體在力的作用下都會發生形變 下

[思維發散]

拓展1：將微小的形變進行多次放大

例題中桌面的微小形變僅通過平面鏡對光線一次反射所形成的光斑顯示出來，有時光斑移動得不明顯，便需要對光線進行多次反射放大。

如圖2所示的裝置圖，借助兩塊平面鏡對光線進行兩次反射，具體實驗方法如下：（1）分別在水平桌面和鐵架臺水平桿上固定兩塊平面鏡M和N，讓激光筆發出一束光線如圖依次照射兩塊平面鏡，最后的反射光線在水平天花板上形成一個光斑A;（2）在桌面上放一重物，這時可以較為明顯地觀察到光斑A水平向右移動至B，這一現象可以間接證明桌面發生了形變。

拓展2：橢圓形玻璃瓶的寬面和窄面哪個面更易發生形變

玻璃瓶屬于堅硬物體，其在力的作用下的形變不明顯，無法直接觀察，也需要用放大法來顯示微小的形變。

例 （原創題）一般情況下玻璃瓶的形變是不易被觀察到的，可以采用放大法來顯示形變。如圖3是一個橫截面是橢圓形的厚玻璃瓶，瓶內裝滿水，將帶橡皮塞的細玻璃管插入瓶中并密封瓶口，當分別用力捏玻璃瓶的寬面和窄面時，會發現細玻璃管中的水面（ ）。

A.上升? ?上升 B.下降? ? 下降

C.上升? ?下降 D.下降? ?上升

解析：用力捏玻璃瓶時，玻璃瓶會發生微小的彈性形變，玻璃瓶的容積會發生變化，進而導致玻璃瓶中的水會沿著細玻璃管上升或下降，這就是通過將玻璃瓶的形變程度放大為細玻璃管中水面上升或下降的程度來顯示微小形變的。本實驗給出的是橢圓形玻璃瓶，實驗研究表明：當用力捏玻璃瓶的寬面時，玻璃瓶的容積會變小，細玻璃管中的水面會上升;當用力捏玻璃瓶的窄面時，玻璃瓶的容積會變大，細玻璃管中的水面會下降。答案：C。

注意：這里需要特別注意以下兩點：（1）要在玻璃瓶外側包裹一層毛巾后，再用手捏玻璃瓶，這樣可以有效排除手的溫度引起的細玻璃管中水面上升或下降這一干擾因素;（2）玻璃瓶中的水一定要裝滿，否則無法完成本實驗。

（作者單位：江蘇省南通市如東縣馬塘鎮邱陞中學）