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[可调式“固液气”三态冷热形变演示仪] 固液气三态转化三角图

来源:电子商务 发布时间:2019-06-22 04:10:11 点击:

  一、创新实验的目的   在物理实验教学中,经常需要演示一些变化微弱的物理现象,这些现象单凭肉眼很难观察到。   为使实验效果明显,可见度大,利用杠杆放大法的原理,采用两组杠杆组合,进行连续放大,放大倍数可以在20倍至240倍之间随意调节,现象直观而明显,易于学生观察。
  设计发明了升降台、形变感触器等关键构件,实现了用同一种实验装置分别对固体、液体与气体的冷热形变性质加以演示,
  二、实验所需仪器及用品
  烧杯、锥形瓶、侧燃式酒精灯、各种金属丝、小铁圈(放置块状或球形物体)、乳胶膜。
  三、装置制作图纸及说明
  1.可调式“固液气”三态冷热形变演示仪整体效果(如图1所示)
  2.底座、支架刻度板制作(如图2所示)
  底座尺寸:50 cm×20 cm×2 cm,支架尺寸:15.5 cm×3 cm×2 cm
  横梁尺寸:24 cm×3 cm×3 cm,刻度板尺寸:33 cm×23 cm×0.5 cm
  3.刻度板及刻度盘的制作方法(如图3所示)
  刻度板尺寸:33 cm×23 cm×0.5 cm,刻度盘尺寸:30 cm×21 cm
  先制作一块33 cm×23 cm的刻度板。
  在距离上、左右各1 cm,距离下边2 cm的地方画出21 cm×230 cm的刻度盘范围。
  画出刻度盘的中线,以一中线与左边的交点为圆心,以20 cm为半径画弧,交上下两边。连接圆心和上下两边的交点,画出扇形刻度盘。
  沿中线,从弧线端按2 cm,4 cm,6 cm,8 cm,10 cm,12 cm,14 cm,16 cm,18 cm,20 cm,22 cm,24 cm,28 cm,30 cm的长度分别向上下作垂线,在弧上标注刻度点。
  连接所有刻度点与圆心,画出刻度盘,标明刻度。
  4.形变驱动杠杆与指针演示杠杆的制作方法(如图4所示)
  形变驱动杠杆尺寸:7 cm×3 cm +2 cm×13 cm,设计总长20 cm,孔距12 cm。
  指针演示杠杆尺寸:3 cm×2 cm +20 cm×0.2 cm 设计总长23 cm,孔距1 cm。
  图4
  5.形变感触器与移动游码的制作方法(如图5所示)
  形变感触器设计尺寸:1.5 cm×4.5 cm×0.3 cm(厚度根据形变驱动杠杆的厚度而定),线状固体固定器中心、末端的感触点与刻度视窗必须在同一直线上。
  移动游码尺寸:2.5 cm×1 cm×0.3 cm(厚度根据形变驱动杠杆的厚度而定)。
  6.升降台制作(如图6所示)
  升降台底板尺寸:6 cm×8 cm×0.2 cm,升降杆尺寸:直径为0.5~1 cm的带细纹螺丝的钢棍,配套的燕尾式螺母,易于操作,便于调整高度。
  7.主要构件的安装位置及名称(如图7所示)
  四、实验操作
  1.使用说明
  (1)移动游码的位置(左右两侧都可以),使组合杠杆处于平衡状态,保证组合杠杆具有极高的灵活性。防止因左侧过重破坏乳胶膜的弹性性变,影响实验效果。
  (2)指针向上移动为膨胀,向下移动为收缩。
  (3)使用常用连接孔时,指针演示杠杆放大倍数为10倍。形变驱动杠杆的放大倍数随形变感触器的移动而变化。
  (4)常用连接孔和备用连接孔位置(如图8所示)。
  常用形变感触器位置与放大倍数见表1。
  (5)使用备用连接孔时,指针演示杠杆放大倍数为20倍。形变感触器位置与放大倍数见表2。
  2.线状固体冷热形变(如图9所示)
  (1)根据需要放大的倍数,固定形变感触器的位置。
  (2)将线状固体插入线状固体固定器,旋紧小螺丝固定,末端放入玻璃皿中。
  (3)旋动燕尾形螺母调整高度,使指针归零。
  (4)点燃侧燃式酒精灯,加热线状固体。
  (5)冷却时,应该先撤酒精,用清洗瓶在线状固体上洒水冷却,水流入玻璃皿中。防止水流到实验台上,影响实验操作。
  当待测线状固体加热或冷却时,其长度因冷热形变产生了细微的变化,通过杠杆的连续放大产生了很大的偏离,即使是1 μm的变化,指针也能偏离2.4 cm,仅用肉眼就能清楚地看到指针在刻度盘上的移动。
  3.块状、球状固体冷热形变(如图10所示)
  (1)根据需要放大的倍数,固定形变感触器的位置。
  (2)将块状、球状固体放人铁圈,调整高度接近酒精灯外焰,旋紧螺丝固定。
  (3)将金属丝插入线状固体固定器,末端顶在块状固体上,旋紧小螺丝固定。
  (4)旋动燕尾形螺母调整高度,使指针归零。
  (5)点燃侧燃式酒精灯,加热块状固体。
  4.液体、气体冷热形变(如图11所示)
  (1)测定气体冷热形变时,首先用乳胶膜密封锥形瓶口,然后放置在烧杯中,将冷热形变感触器末端放置在锥形瓶瓶口中部,调整高度使刻度盘上的指针归零。
  (2)向烧杯内注入热水或冰水,试管内的空气受热膨胀或遇冷收缩,导致乳胶膜凸起或凹陷,带动冷热形变感触器末端移动,带动形变驱动杠杆移动,再带动指针演示杠杆移动。
  (3)测定液体冷热形变时,首先在锥形瓶内注入适量的水,再用乳胶膜密封锥形瓶口。其余步骤与测定气体冷热形变相同。
  五、创新点及意义
  (1)名称的改变。一般情况下,多用热胀冷缩来描述物体的冷热形变,但不同物质具有不同的特性,有些物质冷涨热缩,如铅、锑;有些物质随气温不同而改变性质,如水4 ℃以上热胀冷缩,4 ℃以下冷涨热缩。
  (2)用同一个装置,检验“固液气”三态的冷热形变。改变了以往用不同的实验装置,分别检验固态、液态、气态冷热形变的不便。
  (3)巧妙采用两组杠杆,利用杠杆放大的原理,将物体的微小形变进行两次放大,分别对固体、液体与气体的冷热形变性质加以演示。放大倍数可以在20倍至240倍之间随意调节。现象直观而明显,易于学生观察。
  (4)本装置具有结构简单、实验装置成本低、实验现象明显而直观、实验率高且便于操作、易于推广使用等优点。
  (5)“固液气”三态冷热形变演示仪,特别适合向学生演示“固液气”冷热形变的特性,还可用于学生自主探究或测量不同线状固体、块状固体、液态、气态冷热形变的比率。

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