巧用“微小形變演示器”幾例

微小形變的放大演示可形象說明力的作用效果，設計制作方法可多種多樣，只要能夠生動說明問題即可。筆者用簡易裝置達到了目的：250ml玻璃瓶一個、毛細玻璃管一根、橡皮塞一塊(圖1)。設計優點在于簡單、巧妙、可一物多用，利用玻璃瓶及其內封存(可用液體封存)的空氣或液體的傳感作用（感知溫度和形變張縮）可說明許多物理問題。

1 演示微小形變

封閉空氣或盛裝液體于微小形變演示器中，調節毛細管中氣柱或液柱高度剛好置于管中部，然后用兩手掌握住玻璃瓶稍用力擠壓，液柱或氣柱子上升可明顯將微小形變放大。

2 演示熱脹冷縮

使用NH4NO3或Na2S2O3溶解吸熱降溫，將玻璃瓶置于NH4NO3或Na2S2O3溶液中，由于溫度降低，玻璃瓶中液體或氣體因溫度下降而冷縮，液柱下降；然后用兩手掌心握住玻璃瓶（勿用力擠壓），借用人體體溫加熱玻璃瓶片刻，瓶中液體或氣體因熱脹導致液柱上升。借此原理，若用液柱封存空氣還可做成簡易氣體溫度計。

注釋 實際情形應該是這樣的，兩手掌握住玻璃瓶時（勿用力擠壓），剛開始液柱是下降的，稍后才會上升，這是由于初始時玻璃外壁首先吸熱膨脹，玻璃瓶稍許增大，導致液柱或氣柱是下降，其后瓶中液體或氣體才慢慢吸熱膨脹才引起液柱上升。

3 汽化吸熱

用一塊毛巾醮酒精包在玻璃瓶外壁上，片刻后管中液柱下降，說明酒精汽化吸熱導致瓶中液體溫度降低，然后冷縮。

4 顏色與吸熱

用同規格的二無色瓶和同規格的毛細管、橡皮塞各做一微小形變演示器，將其中一瓶外壁用碳素墨水涂黑，調節二毛細管中液面處于同樣的高度，然后用300w的輻射加熱燈同時照射加熱，可見涂黑瓶的毛細管液面上升明顯要快要高一些，若將二瓶涂成不同顏色或不同深淺的同種顏色，所見現象相同，說明物體顏色不同、深淺不同對光熱的吸收是不同的，顏色越深對光熱的吸收能力越強。

5 比較液體的體脹系數大小并精確測量

在同規格的二微小形變演示器中封裝同溫度兩種不同的液體（如酒精和水，選擇的液體體脹系數相差要大），調節二毛細管中液面處于同樣的高度，然后用300w的加熱燈在同等位置同時照射加熱，可見酒精玻璃瓶上的毛細管液面上升明顯要快要高一些，說明在同樣的熱量變化下，二液體的體脹系數是不一樣的，酒精的體脹系數明顯高于水的體脹系數。如果精確刻度還可用于測定體脹系數的大小，將毛細管換成稍粗些的玻璃細管（如Φ=5mm）以便刻度計量，并在管頂上套乳膠管夾上夾子（以防液體蒸發），利用穩定室溫，選定天氣即將變化前后時間來測定，變化前室溫T1狀態下測得穩定體積刻度V1，然后夾住乳膠管，天氣變化后松開夾子，室溫T2狀態下測得穩定體積刻度V2，則體脹系數為α=︱V2-V1︱/(︱T2-T1︱V1)

6 演示物體受浮力的特性

在圖2示微小形變演示器中設一15ml左右的氣球，細線系氣球處系一小金屬棒（金屬棒所受重力能將氣球完全拉入瓶底），在毛細管上用細線提升氣球，可見管中液面有升降變化，說明氣球處于不同深度所受浮力大小不同，氣球通過形變適應浮力大小變化維持平衡狀態，氣球所受其它力（細線拉力、金屬棒拉力和氣球所受重力）不會引起氣球形變，唯有浮力才會引起形變。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。