微小多用压强计(下称多用计)主要由小型气室和具有放大作用的指针系统组合而成。本仪器灵敏度高,可见度大,换用不同的探头可代替U型微小压强计和温度计做多种物理实验。
【制作方法】
此实验装置如图5.14-1所示。
气室:取一只口径为3厘米左右的塑料小瓶(瓶盖为插入式),将直径与小瓶内径相同的一硬质圆片嵌入瓶口内1厘米处并与瓶内壁圆周粘牢。在圆片上和瓶底的对应位置分别钻两个小孔,截两段5厘米长的废圆珠笔心插入孔内,必须使笔心、圆片、瓶壁三者接合部分密不透气。再把小塑料瓶盖的中心部分挖去,磨去毛边,形成一个圆环,然后剪一片橡皮薄膜,平整地盖在瓶口上,当瓶盖盖上时,橡皮膜被压入瓶内并张紧,橡皮膜与瓶内圆片间即为气室。气室尾部露出的两段笔心分别接两根长短不同的气门心皮管。长的一根为进气管,接各种探头。短的一根用夹子夹紧,放松夹子,可使气室与大气相通,使指针复零。
指针系统由连杆、指针和标尺屏构成。用硬卡纸剪成条形连杆,一端剪开,折成叉状用胶水粘在气室橡皮膜的中心,另一端用大头针与卡纸做成的指针相连,见图5.14-1。指针的长度和标尺屏的尺寸可根据需要选取。另用一大头针穿过指针下部的上孔,把指针固定在标尺屏上,大头针做为指针的转轴。指针轴孔到连杆的距离约为8毫米,指针下都需适当配重,以使指针的重心接近转动轴,指针保持平衡。这种指针系统的特点是连杆受力推动指针下端转动时,因动力臂远大于阻力臂,指针很容易转动,同时,由于指针很长,即使转过不大的角度,指针上端也移动较长的一段圆弧,因而大大地提高了灵敏度。标尺屏上的刻度可根据实际需要标定。
为满足不同实验的要求,在上述设计的基础上,还可制成几种不同形式的多用计。
记忆式多用计:在多用计上增加一根“记忆”指针,即构成记忆式多用计。记忆指针的制作与原指针相同,安装与原指针同轴,原指针底端做一可前后调节的凸起(图中未画出),使原指针可带动记忆指针同步偏转,而原指针复原时,记忆指针靠摩擦留在原处,起到记忆的作用。
并联比较式多用计:将两个多用计前后并列在同一底座上(图5.14-2),使两指针转轴共线,共用一块透明标尺屏。实验中,透过标尺屏可以直观地看到某物理量的不同情况。
串联压差式多用计(图5.14-3):将连杆的两端分别粘在对称的两只气室的橡皮膜上,利用两气室的压力差而使连杆带动指针。
【使用方法】
1.压强大小与压力和受力面积有关
用一根长约1米、直径8毫米的乳胶管,按图5.14-4所示做成板式压力探头,并和记忆式多用计进气管相连。另做一个如图5.14-5所示的小凳,先使凳脚朝下放在探头的乳胶管上,将两根指针夏零后,加上重物,指针偏转;增加重物,指针偏转增大,说明压强与压力有关。撤去重物,指针复零,记忆指针留在原位。再使凳面朝下,放在探头的乳胶管上,再加与上次相同的重物,可看到指针偏转小于记忆指针所指刻度。说明压强与受力面积有关,如图5.14-5所示。
2.液体内部压强
多用计外接J2113型液体内部压强演示器,就可以演示盛水容器中深度和压强的关系,如图5.14-6所示。如果盛水容器是软质塑料瓶,用手挤压瓶的两侧时,水的深度发生变化,指针位置也发生变化,表明水中的压强与水量的多少无关,只与水的深度有关。
3.体积与压强多用计外接一支2毫升注射器,实验开始时使注射器内容积为2毫升,将指针置零。将注射器柱塞逐步推入,再逐步抽出,指针相应地向右和向左偏转,表示一定量的气体(忽略温度变化)压强与容积的关系。参见图5.14-7。
4.分子扩散
将多用计外接一个圆柱形多孔素烧筒(一种不上釉的陶瓷),另取一烧杯,杯口朝下,罩住素烧筒,向杯内充氢气,如图5.14-8所示。可以看到由于氢分子的扩散,素烧筒内的压强增大,指针偏转。当拿掉烧杯后,压强减小,指针复零。
5.粗测气压
做一架小巧的多用计,其标尺已由实验对照气压表标定。将标定后的多用计放入钟罩内,与气室相连的进气管打开。当向钟罩内充气或从钟罩内抽气时(如图5.14-9),指针会发生偏转,指出罩内当时的气压。
6.抽水机中心压强
将多用计进气管接到离心式水泵模型叶轮的中心处(图5.14-10),当抽水机旋转时,指针显示出该中心区为低压区。
7.虹吸管内压强小于大气压强
将虹吸管的弯曲部位接一竖直的导管,并与多用计的进气管相接。实验前将导管夹住,将指针置零。当虹吸管内水开始流动时,松开夹子,可看到指针向压强小的方向偏转,说明此处的压强小于大气压强,如图5.14-11所示。
8.密闭液体传递压强
找一只扁平的小圆盒(如面油盒)。盒的侧面安装导气管,盖的中心部位挖去,压入橡皮膜,形成一个压力探头。取一广口瓶,瓶盖下安置压力探头,再与多用计的进气管相接,瓶内装水接近瓶口,探头浸没在水中,如图5.14-12所示。实验时先使指针置零,再由弯管向瓶内充气,可看到指针向压强大的方向偏转,气体的压强经液体传到了探头。
本装置由上海市风华中学冯容上、陈开云提供,曾获第三届全国自制教具评比一等奖。
编者提示:本自制教具可辅以“压强”部分的物理实验教学。
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