一种热胀冷缩观测装置的制作方法

本技术涉及物理实验教具，具体涉及一种基于激光杠杆的热胀冷缩观测装置，主要用于中小学物理教学中对各类固体（含不规则试样）热胀冷缩现象的定性探索。

背景技术：

1、固体热胀冷缩是中小学物理教学的核心知识点之一。现有课堂演示常采用“铜球-铁环”法：将铜球加热后尝试穿过内径略小于球径的铁环，以证明球体受热膨胀。该方法存在以下不足：（1）操作流程繁琐，需明火加热，需由人工判断能否通过，学生自主实验难度大；（2）试样形状受限，仅适合铜球等规则物体，无法对石块、表面凹凸的金属块等不规则固体进行观测，难以全面呈现固体热胀冷缩的普遍规律。cn206379082u（热胀冷缩演示装置，2017.08.04）公开了指针式放大结构，但其放大倍数仅为5倍，对0.1 mm级的位移分辨不能应对，且试样形状是特制的、不便更换的。因此，有必要提供一种结构简单、放大倍数高、可自适应夹持不规则固体的热胀冷缩观测装置，以满足教学演示的直观性与普适性需求。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有固体热胀冷缩演示装置“操作复杂、试样形状受限、放大倍数低”的缺陷，旨在提供一种“夹持-加热-放大”三功能一体、放大倍数高、试样形状不受限的固体热胀冷缩观测装置，以提高教学直观性和学生自主实验率。

2、为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种热胀冷缩观测装置，核心组件包括底座、支架、固定臂、活动臂、激光器、卡槽、弹性复位件、夹口、加热装置：

3、(1)剪刀状结构：两根金属直条通过轴销铰接在支架的横梁上，形成前段72 mm、后段108 mm的剪刀状杠杆，固定臂不动，活动臂可转动，满足物体体积变化时的驱动需求。

4、(2)激光-杠杆放大：两支≤1 mw 的1类或2类激光器插入前端卡槽，通过旋转卡槽调节，使出光轴平行且与投影面（墙面）垂直，且初始光斑间距d0=25-35 mm；投影距离（d）4-7 m，总放大倍数k=(2/3)×（d/d0）。

5、(3)自适应夹持：两臂后端设同材质竖片形成夹口，自然开口35-40 mm；不锈钢拉簧（丝径0.3-0.4 mm）提供0.5-2 n夹紧力，兼容不规则试样。

6、(4)双热源加热：夹口正下方放置150 ml玻璃壳酒精灯或5 w-20 w陶瓷红外加热片，外表面温升≤60 k，传热区温度≤250 ℃，加热面积≥20 mm×20 mm。

1.一种热胀冷缩观测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述投影距离d=5 m，卡槽中心距d0=30 mm，总放大倍数k≈111。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拉簧使夹口在自然状态下保持35-40mm开口，可适配厚度≤30 mm的试样。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定臂与活动臂材质为304不锈钢或6061铝合金，其在0-250℃范围内的平均线膨胀系数不超过23.6×10⁻6/℃。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陶瓷红外加热片表面温度≤250 ℃，在25 ℃、自然对流环境下升温速率≤2 ℃/s。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述底座下方设有m6螺纹可调脚垫，调节高度±5 mm，能进行水平校准。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器为≤1 mw 的1类或2类激光器，初始光斑间距等于d0，出光轴与投影面垂直度偏差≤±2°。