微小多用壓強計
微小多用壓強計(下稱多用計)主要由小型氣室和具有放大作用的指針系統組合而成。本儀器靈敏度高,可見度大,換用不同的探頭可代替U型微小壓強計和温度計做多種物理實驗。
【製作方法】
此實驗裝置如圖5.14-1所示。
氣室:取一隻口徑為3釐米左右的塑料小瓶(瓶蓋為插入式),將直徑與小瓶內徑相同的一硬質圓片嵌入瓶口內1釐米處並與瓶內壁圓周粘牢。在圓片上和瓶底的對應位置分別鑽兩個小孔,截兩段5釐米長的廢圓珠筆心插入孔內,必須使筆心、圓片、瓶壁三者接合部分密不透氣。再把小塑料瓶蓋的中心部分挖去,磨去毛邊,形成一個圓環,然後剪一片橡皮薄膜,平整地蓋在瓶口上,當瓶蓋蓋上時,橡皮膜被壓入瓶內並張緊,橡皮膜與瓶內圓片間即為氣室。氣室尾部露出的兩段筆心分別接兩根長短不同的氣門心皮管。長的一根為進氣管,接各種探頭。短的一根用夾子夾緊,放鬆夾子,可使氣室與大氣相通,使指針復零。
指針系統由連桿、指針和標尺屏構成。用硬卡紙剪成條形連桿,一端剪開,折成叉狀用膠水粘在氣室橡皮膜的中心,另一端用大頭針與卡紙做成的指針相連,見圖5.14-1。指針的長度和標尺屏的尺寸可根據需要選取。另用一大頭針穿過指針下部的上孔,把指針固定在標尺屏上,大頭針做為指針的轉軸。指針軸孔到連桿的距離約為8毫米,指針下都需適當配重,以使指針的重心接近轉動軸,指針保持平衡。這種指針系統的特點是連桿受力推動指針下端轉動時,因動力臂遠大於阻力臂,指針很容易轉動,同時,由於指針很長,即使轉過不大的角度,指針上端也移動較長的一段圓弧,因而大大地提高了靈敏度。標尺屏上的刻度可根據實際需要標定。
為滿足不同實驗的要求,在上述設計的基礎上,還可製成幾種不同形式的多用計。
記憶式多用計:在多用計上增加一根“記憶”指針,即構成記憶式多用計。記憶指針的製作與原指針相同,安裝與原指針同軸,原指針底端做一可前後調節的凸起(圖中未畫出),使原指針可帶動記憶指針同步偏轉,而原指針復原時,記憶指針靠摩擦留在原處,起到記憶的作用。
並聯比較式多用計:將兩個多用計前後並列在同一底座上(圖5.14-2),使兩指針轉軸共線,共用一塊透明標尺屏。實驗中,透過標尺屏可以直觀地看到某物理量的不同情況。
串聯壓差式多用計(圖5.14-3):將連桿的兩端分別粘在對稱的兩隻氣室的橡皮膜上,利用兩氣室的壓力差而使連桿帶動指針。
【使用方法】
1.壓強大小與壓力和受力面積有關
用一根長約1米、直徑8毫米的乳膠管,按圖5.14-4所示做成板式壓力探頭,並和記憶式多用計進氣管相連。另做一個如圖5.14-5所示的小凳,先使凳腳朝下放在探頭的乳膠管上,將兩根指針夏零後,加上重物,指針偏轉;增加重物,指針偏轉增大,説明壓強與壓力有關。撤去重物,指針復零,記憶指針留在原位。再使凳面朝下,放在探頭的乳膠管上,再加與上次相同的重物,可看到指針偏轉小於記憶指針所指刻度。説明壓強與受力面積有關,如圖5.14-5所示。
2.液體內部壓強
多用計外接J2113型液體內部壓強演示器,就可以演示盛水容器中深度和壓強的關係,如圖5.14-6所示。如果盛水容器是軟質塑料瓶,用手擠壓瓶的兩側時,水的深度發生變化,指針位置也發生變化,表明水中的壓強與水量的多少無關,只與水的深度有關。
3.體積與壓強多用計外接一支2毫升注射器,實驗開始時使注射器內容積為2毫升,將指針置零。將注射器柱塞逐步推入,再逐步抽出,指針相應地向右和向左偏轉,表示一定量的氣體(忽略温度變化)壓強與容積的關係。參見圖5.14-7。
4.分子擴散
將多用計外接一個圓柱形多孔素燒筒(一種不上釉的陶瓷),另取一燒杯,杯口朝下,罩住素燒筒,向杯內充氫氣,如圖5.14-8所示。可以看到由於氫分子的擴散,素燒筒內的壓強增大,指針偏轉。當拿掉燒杯後,壓強減小,指針復零。5.粗測氣壓
做一架小巧的多用計,其標尺已由實驗對照氣壓表標定。將標定後的多用計放入鐘罩內,與氣室相連的進氣管打開。當向鐘罩內充氣或從鐘罩內抽氣時(如圖5.14-9),指針會發生偏轉,指出罩內當時的氣壓。
6.抽水機中心壓強
將多用計進氣管接到離心式水泵模型葉輪的中心處(圖5.14-10),當抽水機旋轉時,指針顯示出該中心區為低壓區。
7.虹吸管內壓強小於大氣壓強
將虹吸管的彎曲部位接一豎直的導管,並與多用計的進氣管相接。實驗前將導管夾住,將指針置零。當虹吸管內水開始流動時,鬆開夾子,可看到指針向壓強小的方向偏轉,説明此處的壓強小於大氣壓強,如圖5.14-11所示。
8.密閉液體傳遞壓強
找一隻扁平的小圓盒(如面油盒)。盒的側面安裝導氣管,蓋的中心部位挖去,壓入橡皮膜,形成一個壓力探頭。取一廣口瓶,瓶蓋下安置壓力探頭,再與多用計的進氣管相接,瓶內裝水接近瓶口,探頭浸沒在水中,如圖5.14-12所示。實驗時先使指針置零,再由彎管向瓶內充氣,可看到指針向壓強大的方向偏轉,氣體的壓強經液體傳到了探頭。
本裝置由上海市風華中學馮容上、陳開雲提供,曾獲第三屆全國自制教具評比一等獎。
本站提示:本自制教具可輔以“壓強”部分的物理實驗教學。
選自:《初中物理自制教具》
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