关于物体热胀冷缩性质的演示

甘志中

在初中物理“温度计”这一节中,提到常用的温度计是利用水银、酒精或煤油等液体的热胀冷缩性质来测量温度的,什么是物体的热胀冷缩性质?有的学生不理解,有的学生将信将疑。针对这种情况,笔者设计3个实验,分别对固体、液体、气体的热胀冷缩的性质加以演示。

固体热胀冷缩性质的演示

固体的热胀冷缩系数小,热胀冷缩现象不明显,不易观察,必须用放大的方法,才能把它的这种性质清楚地显现出来。于是,笔者设计下面的实验装置加以演示。

实验器材木制支架,酒精槽(可用铝合金边角料代替),平面镜,激光棒,铜线,橡皮筋,棉花。

实验原理和步骤1)如图1所示,装好实验装置。用橡皮筋压紧激光棒的开关,调节激光棒的位置,让激光射到平面镜上,并通过平面镜,将激光反射到较远的墙上(墙上出现清晰的光斑)。2)往酒精槽内放入棉花并倒入酒精,然后点燃。随着加热的进行,可观察到墙上的反射光斑在移动。经分析可知,这是由于酒精槽上方的铁丝受热膨胀,长度变长,推动平面镜,从而使激光射到平面镜的入射点和放射角发生变化,反射光线随之改变引起的。

撤去酒精槽,让铁丝自然冷却,可观察到墙上的光斑向相反的方向移动,容易得知,这是由于铁丝遇冷收缩,长度变短引起的。

液体热胀冷缩性质的演示

液体热胀冷缩的效果也不明显,同样需要用放大法才能观察到,为此,笔者设计下面的实验装置。

取一只锥形瓶,在锥形瓶的橡皮塞中插一根细玻璃管和2根粗铜丝,再在粗铜丝间接入一段电阻丝。在锥形瓶中装满煤油,将橡皮塞塞紧,使细玻璃管中煤油的液面高度跟玻璃管的标度纸上的零标度线对齐,然后闭合开关。这时可以观察到煤油在细玻璃管里会上升。这是由于电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高、体积膨胀引起的。断开开关,让煤油自然冷却,可观察到煤油在细玻璃管里下降。这是煤油的温度降低、体积收缩的结果。

气体热胀冷缩性质的演示

气体的热胀冷缩性质明显,便于观察,笔者设计下面的装置来演示。

如图2所示,试管的出气管制成U形,并在U形管内注入一定深度的有色水,不加热时,2玻璃管内的水面是相平的。当塞进瓶塞,用酒精灯对空试管均匀加热时,可以看见左边玻璃管内的水在下降,右边玻璃管内的水在上升,左右玻璃管里的水面出现高度差。容易知道,这是由于试管里的空气受热体积膨胀,而向下推动左管水面引起的。撤去酒精灯,让试管里的空气自然冷却,可观察到左管水面上升,而右管水面下降,直至2管水面相平。这是由于试管里的空气温度降低,体积缩小而引起的。

上面3个实验,通过用放大的方法,把物体细微的变化放大到学生能观察到的变化,使学生对物体的热涨冷缩性质更加信服,不再怀疑。同时又激发学生用实验解决问题的欲望,培养学生实验的兴趣。

(作者单位:江西省进贤县第三中学)