烛光翘翘板.PDF

桌上有一個翹翹板玩具(圖一)。板上有一個半圓形支架。支架上 有一支細棒。細棒頂端有一木槌，底端有一螺旋狀金屬片。螺旋狀金 屬片一端固定於支架，另一端焊接於細棒(圖二)。木槌偏向同學左 側，因此翹翹板左側較低。將蠟燭置於螺旋狀金屬片下方，木槌向右 側偏轉，使翹翹板向右側傾倒(圖三)。 圖一 圖二 圖三 為什麼對螺旋狀金屬片加熱可使木槌偏轉呢?金屬受熱會膨脹。 假設金屬棒長度為 L 。受熱後長度變化量L 與原長度L 及溫度變化 0 0 量 T 成正比:    ， (1) L L T 0 其中稱為線膨脹係數。將兩片線膨脹係數不同的金屬銲接在一起便 成為雙金屬片(圖四)。溫度升高時雙金屬會向線膨脹係數較小的一側 彎曲。我們做一個實驗。老師手中的雙金屬片一側為銅，另一側為鐵 (圖五)。銅的線膨脹係數比鐵大。將雙金屬片置於熱水中，雙金屬片 會向鐵片這一側彎曲。 圖四 圖五 在翹翹板玩具中，雙金屬片被彎曲成螺旋狀。外側金屬線膨脹係 數較小，內側金屬線膨脹係數較大。加熱時，內側金屬伸長量比外側 金屬大，因此螺旋狀雙金屬向外伸展。在伸展的過程中，螺旋狀雙金 屬對細棒施力，使細棒及木槌向同學右側偏轉，因此翹翹板向右側傾 倒。此時螺旋狀雙金屬離開燭火，溫度降低。內側金屬縮短量比外側 金屬大，因此雙金屬向內彎曲。在彎曲的過程中，雙金屬對細棒施力， 使細棒及木槌向同學左側偏轉，因此翹翹板向左側傾倒。這樣的過程 不斷重覆，翹翹板輪流向兩側傾倒。 雙金屬有許多應用。舉例來說，耶誕燈飾便是利用雙金屬使燈泡 忽明忽暗。當燈泡溫度不高時，電路接通，燈泡發光(圖六 (a))。燈 泡發光一段時間後溫度上升，雙金屬彎曲，電路截斷，燈泡變暗(圖 六(b))。再過一段時間後，溫度下降，雙金屬恢復原狀，電路再度接 通，燈泡又發光。 圖六