这是一种利用太阳能抽水的综合性实验装置,可作课外活动实验。太阳能水泵主要由广口瓶、试管、凸透镜、泵体、喷头等组成,见图14.10-12。
【制作方法】
1.广口瓶部分:找一个500毫升的广口瓶,在瓶口用的软木塞上打大小不同的三个孔,供插试管、注水管和导水管用。试管直径18毫米,长18厘米,内装黑色塑料小纸片(装在试管底部),再倒入5毫升氨水后将试管口插入软木塞大孔中,过塞后留3厘米左右长度,将气球套在试管口上,用线扎紧。软水塞上的另两个孔分别插注水管、导水管,然后将软木塞装在广口瓶口内,用火漆密封。
2.广口瓶支架:用稍有弹性的0.8毫米厚铁皮剪成宽1.5厘米、长为广口瓶周长三分之二的长条,弯成大半个圆圈,作为广口瓶的腰箍,在对应的两侧各冲一凹穴,穴中嵌入自行车钢珠,外面扣上支架,使广口瓶能灵活转动,支架则固定在可升降的支架杆上,支架杆底部是硬木做的滑块,装在底座的滑道内。支架杆上部固定一块木质限位板。
3.凸透镜:直径10-15厘米、焦距10-15厘米左右。用薄铁皮包好透镜边缘,在直径前后两侧对称处冲二个凹点,用稍有弹性的铁皮作透镜夹,夹上有二凸起部分如在凹点内,透镜夹焊在夹持杆上,夹持杆则被夹在支架上,这样透镜可在透镜夹内改变角度,透镜又可随夹持杆上下、左右移动。
4.泵体:水泵的制作方法见5.16节,泵体外形见图14.10-13,泵体长约20厘米、直径2厘米左右,钢珠作为阀门。
喷头选用喷雾器的喷嘴。
5.配重螺栓:用直径14毫米、长40毫米的螺杆、螺母制作,螺杆固定在广口瓶底部,通过旋转螺母改变广口瓶部分的重心位置,见图14.10-12。
6.底座:用木料制作,中间开槽作为滑道,滑块可从滑道开口端装入。
【实验原理】
将图14.10-12中的广口瓶内首先装满水,当凸透镜将太阳光会聚在试管底部时,黑色塑料纸吸收热量,并使氨水受热汽化,氨气进入气球内,气球体积膨胀使广口瓶中的水经导水管进入水泵,冲开泵体的上阀门经喷头喷出。当广口瓶内水流出一定程度后,广口瓶失去平衡而转动,直到瓶底碰到限位板为止,此时试管底部离开了透镜焦点位置,氨气温度降低而液化,广口瓶内气压降低,水槽里的水在大气压的作用下冲开泵体下面的阀门,经导水管进入广口瓶内,当广口瓶内装进了约三分之二容积的水时,广口瓶重心右移,使试管底部又落在透镜焦点处,开始重复上述工作过程……这样就能利用太阳能进行抽水。
【使用方法】
1.检查装置的各部分是否完好。按图14.10-12组装好实验装置。
2.通过注水管向广口瓶内注满水,然后夹住注水管。调节广口瓶部分的重心,使瓶的右端落在限位板上。
3.调节凸透镜的支架和透镜方向,让太阳光垂直入射到透镜上,并使光线聚焦在试管底部黑色塑料纸上,约1-2分钟后可看到由于氨水汽化使气球膨胀,随后水从喷头喷出,水泵开始工作。
本装置由安徽省濉溪县铁佛中学易传礼、赵大同、李景顺提供,曾获第二届全国自制教具评比三等奖。
编者提示:本自制教具可辅以“分子热运动、内能”部分的物理实验教学。
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