關(guān)于物體熱脹冷縮性質(zhì)的演示

甘志中

在初中物理“溫度計”這一節(jié)中,提到常用的溫度計是利用水銀、酒精或煤油等液體的熱脹冷縮性質(zhì)來測量溫度的,什么是物體的熱脹冷縮性質(zhì)?有的學(xué)生不理解,有的學(xué)生將信將疑。針對這種情況,筆者設(shè)計3個實(shí)驗(yàn),分別對固體、液體、氣體的熱脹冷縮的性質(zhì)加以演示。

固體熱脹冷縮性質(zhì)的演示

固體的熱脹冷縮系數(shù)小,熱脹冷縮現(xiàn)象不明顯,不易觀察,必須用放大的方法,才能把它的這種性質(zhì)清楚地顯現(xiàn)出來。于是,筆者設(shè)計下面的實(shí)驗(yàn)裝置加以演示。

實(shí)驗(yàn)器材木制支架,酒精槽(可用鋁合金邊角料代替),平面鏡,激光棒,銅線,橡皮筋,棉花。

實(shí)驗(yàn)原理和步驟1)如圖1所示,裝好實(shí)驗(yàn)裝置。用橡皮筋壓緊激光棒的開關(guān),調(diào)節(jié)激光棒的位置,讓激光射到平面鏡上,并通過平面鏡,將激光反射到較遠(yuǎn)的墻上(墻上出現(xiàn)清晰的光斑)。2)往酒精槽內(nèi)放入棉花并倒入酒精,然后點(diǎn)燃。隨著加熱的進(jìn)行,可觀察到墻上的反射光斑在移動。經(jīng)分析可知,這是由于酒精槽上方的鐵絲受熱膨脹,長度變長,推動平面鏡,從而使激光射到平面鏡的入射點(diǎn)和放射角發(fā)生變化,反射光線隨之改變引起的。

撤去酒精槽,讓鐵絲自然冷卻,可觀察到墻上的光斑向相反的方向移動,容易得知,這是由于鐵絲遇冷收縮,長度變短引起的。

液體熱脹冷縮性質(zhì)的演示

液體熱脹冷縮的效果也不明顯,同樣需要用放大法才能觀察到,為此,筆者設(shè)計下面的實(shí)驗(yàn)裝置。

取一只錐形瓶,在錐形瓶的橡皮塞中插一根細(xì)玻璃管和2根粗銅絲,再在粗銅絲間接入一段電阻絲。在錐形瓶中裝滿煤油,將橡皮塞塞緊,使細(xì)玻璃管中煤油的液面高度跟玻璃管的標(biāo)度紙上的零標(biāo)度線對齊,然后閉合開關(guān)。這時可以觀察到煤油在細(xì)玻璃管里會上升。這是由于電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量使煤油的溫度升高、體積膨脹引起的。斷開開關(guān),讓煤油自然冷卻,可觀察到煤油在細(xì)玻璃管里下降。這是煤油的溫度降低、體積收縮的結(jié)果。

氣體熱脹冷縮性質(zhì)的演示

氣體的熱脹冷縮性質(zhì)明顯,便于觀察,筆者設(shè)計下面的裝置來演示。

如圖2所示,試管的出氣管制成U形,并在U形管內(nèi)注入一定深度的有色水,不加熱時,2玻璃管內(nèi)的水面是相平的。當(dāng)塞進(jìn)瓶塞,用酒精燈對空試管均勻加熱時,可以看見左邊玻璃管內(nèi)的水在下降,右邊玻璃管內(nèi)的水在上升,左右玻璃管里的水面出現(xiàn)高度差。容易知道,這是由于試管里的空氣受熱體積膨脹,而向下推動左管水面引起的。撤去酒精燈,讓試管里的空氣自然冷卻,可觀察到左管水面上升,而右管水面下降,直至2管水面相平。這是由于試管里的空氣溫度降低,體積縮小而引起的。

上面3個實(shí)驗(yàn),通過用放大的方法,把物體細(xì)微的變化放大到學(xué)生能觀察到的變化,使學(xué)生對物體的熱漲冷縮性質(zhì)更加信服,不再懷疑。同時又激發(fā)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)解決問題的欲望,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣。

(作者單位:江西省進(jìn)賢縣第三中學(xué))