高灵敏度热胀冷缩装置，本文主要内容关键词为：热胀冷缩论文,装置论文,高灵敏度论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 目的
演示物理学科中关于材料热膨胀（线膨胀）的原理及特性，并可以精密地比较不同材料的线膨胀大小。
2 器材
整个装置如图1所示。在一个木制底座上固定两个支架， 左边支架的轴上安装着两个有机玻璃块，有机玻璃块上有一小槽口，在它们的下端有一个小弹簧与底板相连接，在弹簧的拉力下，可以使金属杆与槽贴紧。它们都可分别绕轴转动，每个有机玻璃块上均安装一个小平面镜，它与有机玻璃块一起能够转动，其作用是反射激光束。右边支架上设有两个调节螺钉，调节这两个螺钉时，能够使小平镜反射后的光斑停留在某一个初始位置上。在边上还安装两个小支架，用来固定玩具激光器，当然，玩具激光器是可以改变角度的。
1.小平面平镜（1） 5.微型玩具激光器 9.小弹簧
2.小平面平镜（2） 6.调节螺杆 10.反射激光束
3.铜杆 7.底座
4.铝杆 8.墙面
铜质金属杆是采用厚为0.2mm的铜皮，经过弯折加工，其形状如2所示。目的是为了增加铜杆的强度，使之不易被弯曲。铝杆的结构与铜杆的结构相同。
图2 用铜皮加工成的铜杆
金属杆的一端截面封口处冲有一凹形圆孔，并把两根金属杆分别插进右边支架的两尖端螺钉上，以防调节时滑脱，带斜面的另一端分别搁在左边支架的两个有机玻璃块上的槽口中。
3 方法
先检查指针是否灵活，转动的部分有没有被卡住。调整玩具激光器，使之光束正好射在两个小平面镜上，再调节螺钉的进出程度使反射后的激光斑显示在墙面上的某一位置。然后用一根火柴划燃后使金属杆受热。这时，就可以非常明显地看到墙面上的红色激光斑迅速向上方移动，约有1m左右，这就表明金属受热后膨胀了。如果同时用两根金属杆进行实验，还可以从墙面光斑上移的程度不同来证明两根金属杆的热膨胀程度不同。
4 原理
由于金属杆与有机玻璃块之间紧贴着，金属杆的伸长，将会推动有机玻璃块和小平面镜一起转动，从而使小平面镜角度有一个微小的变化，就会引起反射后光斑有一个很大的移动，这就是“光杠杆”的放大原理。
又因为把原来仪器中的金属实心杆改为较薄形的金属皮制成，其质量明显减小，热容量减小，且受热面积比实心金属杆大得多，因此在很短的时间内，就会有明显的伸长，效果显著。同理，当停止加热时，金属杆也能迅速地缩短，从而使墙面上的光斑很快返回到原处。
图3 铜杆放大截面图
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