放大法——研究微小形变的法宝

周继锋

[问题背景]

例 （原创题）当你轻轻用力按压桌面时，桌面会受到向下的压力，那么压力可以使桌面发生形变吗？

猜想与假设：   ________________________________   。

实验原理分析：采用光学放大法的原理将微小形变进行放大。

设计实验并进行实验：

（1）器材：刻度尺一把、平面镜一个（含固定平面镜的支架）、激光光源。

（2）按如图1甲所示装置组装实验器材。

（3）具体实验方法：如图1乙所示，①组装好实验器材后，打开激光光源让一束激光光线照射到固定好的平面镜上，激光被平面镜反射后在刻度尺上形成一个光斑;

②保持激光光源入射光线的方向不变，当向下压桌子时，桌子向下发生形变，则固定在桌面上的平面镜向里倾斜，这样入射到平面镜上的光线被平面镜反射后将向下偏移，即照射在刻度尺上的光斑点将向下移动。

（4）实验现象分析：只要用力向下压桌面，刻度尺上被照亮的光斑会向 ___________（填“上”或“下”）移动，这里将桌面微小的形变放大成光斑的移动，实现了利用放大法解决微小形变的基本思想。

实验结论：任何物体在力的作用下都会发生形变，对于不易发生形变的物体，可以采用放大法将不易直接观察到的形变进行放大，从而使我们清晰地观察到实验现象，这是研究微小形变的法宝。

答案：任何物体在力的作用下都會发生形变 下

[思维发散]

拓展1：将微小的形变进行多次放大

例题中桌面的微小形变仅通过平面镜对光线一次反射所形成的光斑显示出来，有时光斑移动得不明显，便需要对光线进行多次反射放大。

如图2所示的装置图，借助两块平面镜对光线进行两次反射，具体实验方法如下：（1）分别在水平桌面和铁架台水平杆上固定两块平面镜M和N，让激光笔发出一束光线如图依次照射两块平面镜，最后的反射光线在水平天花板上形成一个光斑A;（2）在桌面上放一重物，这时可以较为明显地观察到光斑A水平向右移动至B，这一现象可以间接证明桌面发生了形变。

拓展2：椭圆形玻璃瓶的宽面和窄面哪个面更易发生形变

玻璃瓶属于坚硬物体，其在力的作用下的形变不明显，无法直接观察，也需要用放大法来显示微小的形变。

例 （原创题）一般情况下玻璃瓶的形变是不易被观察到的，可以采用放大法来显示形变。如图3是一个横截面是椭圆形的厚玻璃瓶，瓶内装满水，将带橡皮塞的细玻璃管插入瓶中并密封瓶口，当分别用力捏玻璃瓶的宽面和窄面时，会发现细玻璃管中的水面（ ）。

A.上升   上升 B.下降    下降

C.上升   下降 D.下降   上升

解析：用力捏玻璃瓶时，玻璃瓶会发生微小的弹性形变，玻璃瓶的容积会发生变化，进而导致玻璃瓶中的水会沿着细玻璃管上升或下降，这就是通过将玻璃瓶的形变程度放大为细玻璃管中水面上升或下降的程度来显示微小形变的。本实验给出的是椭圆形玻璃瓶，实验研究表明：当用力捏玻璃瓶的宽面时，玻璃瓶的容积会变小，细玻璃管中的水面会上升;当用力捏玻璃瓶的窄面时，玻璃瓶的容积会变大，细玻璃管中的水面会下降。答案：C。

注意：这里需要特别注意以下两点：（1）要在玻璃瓶外侧包裹一层毛巾后，再用手捏玻璃瓶，这样可以有效排除手的温度引起的细玻璃管中水面上升或下降这一干扰因素;（2）玻璃瓶中的水一定要装满，否则无法完成本实验。

（作者单位：江苏省南通市如东县马塘镇邱陞中学）