一种金属热胀冷缩实验装置
技术领域
本实用新型属于教学仪器技术领域，尤其涉及一种金属热胀冷缩实验装置。
背景技术
热胀冷缩是小学科学中的重要教学内容之一，通过实验演示帮助学生认识热胀冷缩的现象，课本中的固体热胀冷缩实验是：一个铁环和一个刚好能通过铁环的铜球，把铜球用酒精灯加热后，铜球受热体积膨胀，不能从铁环中穿过；待铜球冷却后体积收缩，又能够从铁环中通过。证明：固体有热胀冷缩的性质。
在实际教学中，发现教材中的“铜球穿铁环”实验存在以下不足：
(1)“铜球穿铁环”实验材料精确度要求高，学生年龄较小，手持铜球和铁环手柄不稳定，铜球的位置不固定，不能确保使用酒精灯火焰的外焰加热，影响加热效果。
(2)由于铜球体积较大，所以在铜球加热时根本掌握不了加热需要多少时间，有时来回进行，不能一次成功，所需时间较长，学生易失去耐心，实验效率低。
(3)灵敏度低且不可调整，影响实验的直观形象度。
(4)手持加热的铜球容易晃动、滚动，温度过高，容易烫伤学生，使课堂实验存在着极大的安全隐患。
专利CN203276669U，实用新型名称热胀冷缩和导体、绝缘体演示器，包括绝缘底座，通过导线相连且固定在绝缘底座上方右侧的热胀冷缩装置、左侧后端的电池夹装置和左侧前端的指示灯装置。该专利没有根据酒精灯的外焰高度调整实验金属条的高度，造成实验加热慢，效率低，而且该专利演示中没有涉及到声学，现提供一种实验仪器将电学、声学知识同时应用到固体热胀冷缩实验中，应用三年级的电学知识(组装一个完整的电路)和五年级的声学知识(电能转化成光能和声能)同时来解决四年级的热学知识——固体有热胀冷缩的性质，实现了知识的活学活用、迁移、拓展延伸，使实验现象更形象、直观、生动有趣。使实验效果更明显。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作简单、过程清楚、实验现象迅速且明显、效果极佳，特别适合农村小学科学教学的一种金属热胀冷缩实验装置。
本实用新型的技术方案是：一种金属热胀冷缩实验装置，包括底座、支架板Ⅰ、支架板Ⅱ、限位装置、实验板、金属条、电源电路、发光装置、发声装置，所述支架板Ⅰ和支架板Ⅱ相对设置在所述底座上，所述支架板Ⅰ、支架板Ⅱ和所述底座垂直连接，用支架板固定金属条，不再需要学生手持加热，增加了学生实验的稳定性和安全性，所述底座上放置一个酒精灯，所述酒精灯位于所述支架板Ⅰ和支架板Ⅱ之间，所述实验板设在所述酒精灯的正上方，与所述底座平行，所述实验板与支架板Ⅰ和支架板Ⅱ连接，所述实验板上设有一个火焰通孔，用于让酒精灯的火焰穿过实验板作用于所述实验板上的所述金属条，酒精灯放置于所述实验板、所述支架板Ⅰ、所述支架板Ⅱ和所述底座形成的空间内，能减小外界环境对酒精灯火焰燃烧的影响，使火苗稳定性增加，所述金属条靠近火焰通孔的一端为金属条内端，远离所述火焰通孔的一端为所述金属条外端，所述金属条包括金属条Ⅰ和金属条Ⅱ，所述金属条Ⅰ或所述金属条Ⅱ沿火焰通孔的圆周径向、相对放置，所述限位装置包括限位装置Ⅰ和限位装置Ⅱ，所述限位装置Ⅰ设置在所述支架板Ⅰ上，所述限位装置Ⅱ设置在所述支架板Ⅱ上，所述限位装置Ⅱ的位置与所述限位装置Ⅰ在所述支架板Ⅰ上的位置对应，用于调节所述金属条距离底座高度，使实验时酒精灯的外焰作用于所述金属条上，加热速度更快，减少实验等待时间，所述金属条Ⅰ的外端穿过所述支架板Ⅰ上的限位装置Ⅰ，所述金属条Ⅱ的外端穿过所述支架板Ⅱ上的限位装置Ⅱ，所述的实验板上设置有电源电路，所述电源电路的正极连接所述金属条Ⅰ的外端，所述电源电路的负极连接所述金属条Ⅱ的外端，所述实验板上设置有发光装置，所述金属条Ⅰ、金属条Ⅱ、发光装置和电源电路通过导线连接形成串联回路。
所述实验板上还设置有发声装置，所述发声装置与所述发光装置并联。
所述限位装置是在所述支架板Ⅰ或支架板Ⅱ上设有滑槽和限位孔，所述滑槽垂直于所述底座，所述滑槽垂直于所述底座方向为长，平行于所述底座方向为宽，所述滑槽的宽大于所述金属条的直径，小于所述支架板Ⅰ或支架板Ⅱ的宽，所述滑槽的下宽距离所述底座的垂直距离大于酒精灯灯口距离所述底座的高度，所述限位孔至少2个，所述限位孔沿所述滑槽的长边依次排列，所述限位孔的圆心在同一虚拟直线上，所述虚拟直线与所述滑槽的长平行，所述限位孔的圆心与邻近的所述滑槽的一侧的长边的距离大于0小于所述限位孔的半径，允许所述金属条从所述滑槽进入不同限位孔内。
所述限位装置是在所述支架板Ⅰ或支架板Ⅱ上设有固定孔，所述固定孔沿所述支架板Ⅰ垂直与所述底座的同一条虚拟直线依次排列，支架板Ⅱ上的固定孔位置与所述支架板Ⅰ上的固定孔位置对应，用于调整所述金属条距离酒精灯火焰的距离。
所述发光装置是发光二极管、两端的正接线柱和负接线柱。
所述发声装置是蜂鸣器、两端的正接线柱和负接线柱，所述蜂鸣器与发光装置并联。
所述发声装置是蜂鸣器、两端的正接线柱和负接线柱，所述蜂鸣器与所述发光二极管并联。
所述实验板与所述支架板Ⅰ和支架板Ⅱ通过卡槽连接，所述实验板设有两处卡槽，两处卡槽的水平间距与所述支架板Ⅰ和支架板Ⅱ水平间距相同，所述支架板Ⅰ或支架板Ⅱ对应的穿过所述实验板上的两处卡槽，所述支架板Ⅰ的外表面或支架板Ⅱ的外表面与所述卡槽内表面过盈配合。
所述电源电路由相串联的两个电池夹盒，两节干电池安装在电池夹盒内。
本实用新型具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，实验巧妙地使用发光二极管的亮、灭视觉和蜂鸣器声音的有、无听觉，来彰显金属条的热胀冷缩现象，学生可以清楚地、直观地发现金属条的热胀冷缩变化的全过程。实验现象更直观，应用酒精灯外焰温度最高的原理，通过调节金属条的高度，使金属条处于酒精灯外焰加热范围，时间缩短，效率提高，操作简单，采用的支架不是支架杆，而是支架板，将酒精灯置于底座、支架板Ⅰ、支架板Ⅱ和实验板形成的空间内，能降低酒精灯火焰受外界的干扰，安全稳定，学生兴趣浓厚等优点。
附图说明
图1是本实用新型的一种金属热胀冷缩实验装置示意图；
图2是本实用新型的一种金属热胀冷缩实验装置的电路示意图；
图3是本实用新型的一种金属热胀冷缩实验装置的俯视图；
图4是本实用新型实施例1中支架板Ⅰ上限位装置示意图；
图5是本实用新型实施例2中支架板Ⅰ上限位装置示意图。
图中：
1、底座，2、支架板Ⅰ， 3、支架板Ⅱ，4、限位装置Ⅰ， 5、限位装置Ⅱ，
6、实验板，7、火焰通孔，8、酒精灯，9、电源电路，10、发光装置，
11、发声装置， 12、滑槽， 13、限位孔， 14、固定孔， 15、金属条Ⅰ，
16、金属条Ⅱ， 17、导线。
具体实施方式
具体实施例1。如图1至图4所示，本实用新型一种金属热胀冷缩实验装置。
本实例的工作过程：一种金属热胀冷缩实验装置如图1和图4所示，包括底座1、支架板Ⅰ2、支架板Ⅱ3、限位装置4和5、实验板6、金属条15和16、电源电路9、发光装置10、发声装置11，所述发声装置11选用蜂鸣器，所述发光装置10选用发光二极管，所述金属条15和16选用铜条，所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3相对设置在所述底座1上，所述支架板Ⅰ2、支架板Ⅱ3和所述底座1垂直连接，所述底座1上放置一个酒精灯8，所述酒精灯8位于所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3之间，所述实验板6设在所述酒精灯8的正上方，与所述底座1平行，所述实验板6与支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3连接，所述实验板6上设有一个火焰通孔7，用于让酒精灯8的火焰穿过实验板6作用于所述实验板6上的所述金属条15和16，所述金属条15和16靠近火焰通孔7的一端为金属条内端，远离所述火焰通孔7的一端为所述金属条外端，所述金属条15和16包括金属条Ⅰ15和金属条Ⅱ16，所述金属条Ⅰ15或所述金属条Ⅱ16沿火焰通孔7的圆周径向、相对放置，所述金属条Ⅰ15的内端点和所述金属条Ⅱ16的内端点相距0.2毫米至0.4毫米，本实施例选择0.2毫米，所述限位装置4和5包括限位装置Ⅰ4和限位装置Ⅱ5，所述限位装置Ⅰ4设置在所述支架板Ⅰ2上，所述限位装置Ⅱ5设置在所述支架板Ⅱ3上，所述限位装置Ⅱ5的位置与所述限位装置Ⅰ4在所述支架板Ⅰ2上的位置对应，用于调节所述金属条15和16距离底座1高度，所述金属条Ⅰ15的外端穿过所述支架板Ⅰ2上的限位装置Ⅰ4，所述金属条Ⅱ16的外端穿过所述支架板Ⅱ3上的限位装置Ⅱ5，所述的实验板6上设置有电源电路9，所述电源电路9的正极连接所述金属条Ⅰ15的外端，所述电源电路9的负极连接所述金属条Ⅱ16的外端，所述实验板6上设置有发光装置10，所述金属条Ⅰ15、金属条Ⅱ16、发光装置10和电源电路9通过导线17连接形成串联回路，所述发声装置11的蜂鸣器与所述发光装置10的发光二极管并联，电路图如图2所示。
所述限位装置4和5是在所述支架板Ⅰ2或支架板Ⅱ3上设有滑槽12和限位孔13，所述滑槽12垂直于所述底座1，所述滑槽12垂直于所述底座1方向为长，平行于所述底座1方向为宽，所述滑槽12的宽大于所述金属条15和16的直径，小于所述支架板Ⅰ2或支架板Ⅱ3的宽，所述滑槽12的下宽距离所述底座1的垂直距离大于酒精灯8灯口距离所述底座1的高度，所述限位孔13至少2个，所述限位孔13沿所述滑槽12的长边依次排列，所述限位孔13的圆心在同一虚拟直线上，所述虚拟直线与所述滑槽12的长平行，所述限位孔13的圆心与邻近的所述滑槽12的一侧的长边的距离大于0小于所述限位孔13的半径，允许所述金属条15和16从所述滑槽12进入不同限位孔13内，所述限位装置4如图4所示。
所述实验板6与所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3通过卡槽连接，所述实验板6设有两处卡槽，两处卡槽的水平间距与所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3水平间距相同，所述支架板Ⅰ2或支架板Ⅱ3对应的穿过所述实验板6上的两处卡槽，所述支架板Ⅰ6的外表面或支架板Ⅱ3的外表面与所述卡槽内表面过盈配合。
所述电源电路9由相串联的两个电池夹盒，两节干电池安装在电池夹盒内。
工作原理和工作过程如下：
将该金属热胀冷缩实验装置装好，点燃酒精灯8，根据酒精灯8外焰高度调节实验板6高度，通过实验板6的卡槽在所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3上相对滑动到合适高度即可，两根金属条15和16分别穿过支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3上的滑槽12，在滑槽12内根据酒精灯8外焰高度选取合适的限位孔13，把金属条15和金属条16从滑槽12内放入限位孔13内，将两根金属条15和16相对安装固定好，本实施例所述金属条15和16选用铜条，所述两个金属条15和16内端点之间留有空隙，方便演示金属热胀冷缩实验效果，点燃酒精灯8，并放在所述两根金属条15和16断开处下方进行加热，加热一段时间后发声装置11的蜂鸣器发出声音，发光装置10的发光二极管也同时发亮。说明所述金属条15和16受热膨胀把两端断开的地方连接到一起了，把酒精灯8挪开，熄灭后，所述金属条15和16开始冷却收缩，收缩一定程度后所述两个金属条15和16的内端点连接断开，所述发光装置10的发光二极管和所述发声装置11的蜂鸣器就不工作了。
本教学用具应用三年级的电学知识(组装一个完整的电路)和五年级的声学知识(电能转化成光能和声能)同时来解决四年级的热学知识——固体有热胀冷缩的性质。
具体实施例2。本实用新型一种金属热胀冷缩实验装置如图1至图3，图5所示。本实施例与具体实施例1的区别在于限定装置4和5，具体实施例2的限定装置4如图5所示。
本实例的工作过程：一种金属热胀冷缩实验装置如图1和图3所示，包括底座1、支架板Ⅰ2、支架板Ⅱ3、限位装置4和5、实验板6、金属条15和16、电源电路9、发光装置10、发声装置11，所述发声装置11选用蜂鸣器，所述发光装置10选用发光二极管，所述金属条15和16选用铜条，所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3相对设置在所述底座1上，所述支架板Ⅰ2、支架板Ⅱ3和所述底座1垂直连接，所述底座1上放置一个酒精灯8，所述酒精灯8位于所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3之间，所述实验板6设在所述酒精灯8的正上方，与所述底座1平行，所述实验板6与支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3连接，所述实验板6上设有一个火焰通孔7，用于让酒精灯8的火焰穿过实验板6作用于所述实验板6上的所述金属条15和16，所述金属条15和16靠近火焰通孔7的一端为金属条内端，远离所述火焰通孔7的一端为所述金属条外端，所述金属条15和16包括金属条Ⅰ15和金属条Ⅱ16，所述金属条Ⅰ15或所述金属条Ⅱ16沿火焰通孔7的圆周径向、相对放置，所述金属条Ⅰ15的内端点和所述金属条Ⅱ16的内端点相距0.2毫米至0.4毫米，本实施例选择0.2毫米，所述限位装置4和5包括限位装置Ⅰ4和限位装置Ⅱ5，所述限位装置Ⅰ4设置在所述支架板Ⅰ2上，所述限位装置Ⅱ5设置在所述支架板Ⅱ3上，所述限位装置Ⅱ5的位置与所述限位装置Ⅰ4在所述支架板Ⅰ2上的位置对应，用于调节所述金属条15和16距离底座1高度，所述金属条Ⅰ15的外端穿过所述支架板Ⅰ2上的限位装置Ⅰ4，所述金属条Ⅱ16的外端穿过所述支架板Ⅱ3上的限位装置Ⅱ5，所述的实验板6上设置有电源电路9，所述电源电路9的正极连接所述金属条Ⅰ15的外端，所述电源电路9的负极连接所述金属条Ⅱ16的外端，所述实验板6上设置有发光装置10，所述金属条Ⅰ15、金属条Ⅱ16、发光装置10和电源电路9通过导线17连接形成串联回路，所述发声装置11的蜂鸣器与所述发光装置10的发光二极管并联，电路图如图2所示。
所述限位装置4和5是在所述支架板Ⅰ2或支架板Ⅱ3上设有固定孔14，所述固定孔14沿所述支架板Ⅰ2垂直与所述底座1的同一条虚拟直线依次排列，支架板Ⅱ3上的固定孔14位置与所述支架板Ⅰ2上的固定孔14位置对应，用于调整所述金属条15和16距离酒精灯8火焰的距离，限位装置4如图5所示。
所述实验板6与所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3通过卡槽连接，所述实验板6设有两处卡槽，两处卡槽的水平间距与所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3水平间距相同，所述支架板Ⅰ2或支架板Ⅱ3对应的穿过所述实验板6上的两处卡槽，所述支架板Ⅰ6的外表面或支架板Ⅱ3的外表面与所述卡槽内表面过盈配合。
所述电源电路9由相串联的两个电池夹盒，两节干电池安装在电池夹盒内。
工作原理和工作过程如下：
将该金属热胀冷缩实验装置装好，点燃酒精灯8，根据酒精灯8外焰高度调节实验板6高度，通过实验板6的卡槽在所述支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3上相对滑动到合适高度即可，两根金属条15和16分别穿过支架板Ⅰ2和支架板Ⅱ3上的选取的固定孔14，是两根金属条15和16的内端处于酒精灯8外焰范围内，将两根金属条15和16相对安装固定好，本实施例所述金属条15和16选用铜条，所述两个金属条15和16内端点之间留有空隙，方便演示金属热胀冷缩实验效果，点燃酒精灯8，并放在所述两根金属条15和16断开处下方进行加热，加热一段时间后发声装置11的蜂鸣器发出声音，发光装置10的发光二极管也同时发亮。说明所述金属条15和16受热膨胀把两端断开的地方连接到一起了，把酒精灯8挪开，熄灭后，所述金属条15和16开始冷却收缩，收缩一定程度后所述两个金属条15和16的内端点连接断开，所述发光装置10的发光二极管和所述发声装置11的蜂鸣器就不工作了。
本教学用具应用三年级的电学知识(组装一个完整的电路)和五年级的声学知识(电能转化成光能和声能)同时来解决四年级的热学知识——固体有热胀冷缩的性质。
以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
