课外探索教具、教具、润宏科教

　　实验室仪器的起源发展

　　卡文迪许实验室是英国剑桥大学的物理实验室，实际上就是它的物理系。

       剑桥大学建于1209年，历史悠久，与牛津大学同为英国的学府。

　　剑桥大学的卡文迪许实验室建于187l～1874年间，是当时剑桥大学的一位校长威廉·卡文迪许私人捐款兴建的。

       他是十八～十九世纪对物理学和化学做出过巨大贡献的科学家亨利·卡文迪许的近亲。

       这个实验室就取名卡文迪许实验室，当时用了捐款8450英镑，除去盖成一栋实验楼馆，还买了一些仪器设备。

　　英国是十九世纪发达的资本主义国家之一。把物理实验室从科学家私人住宅中扩展出来，成为一个研究单位，这种做法顺应了十九世纪后半叶工业技术对科学发展的要求，玻璃仪器教具，为科学研究的开展起了很好的促进作用。随着科学技术的发展，科学研究工作的规模越来越大，社会化和专业化是必然的趋势。卡文迪许实验室后来几十年的历史，证明剑桥大学这位校长是有远见的。

　　负责创建卡文迪许实验室的是物理学家、电磁场理论的奠基人麦克斯韦。他还担任了卡文迪许实验物理学教授，实际上就是实验室主任或物理系主任，直至1879年因病去世(年仅四十八岁)。在他的主持下，卡文迪许实验室开展了教学和多项科学研究，按照麦克斯韦的主张，在系统地讲授物理学的同时，还辅以表演实验。表演实验则要求结构简单，学生易于掌握。

      他说：“这些实验的教育价值，课外探索教具，往往与仪器的复杂性成反比，学生用自制仪器，虽然经常出毛病，但他却会比用仔细调整好的仪器，学到更多的东西。仔细调整好的仪器学生易于依赖，而不敢拆成零件。”从那个时候起，使用自制仪器就形成了卡文迪许实验室的传统。

　玻璃的力学性能

　　3.1玻璃的理论强度和实际强度

　　一般用抗压强度、抗折强度、抗张强度和抗冲击强度等指标表示玻璃的机械强度。玻璃以其抗压强度高、硬度高而得到广泛应用，也因其抗张强度与抗折强度不高，脆性大而使其应用受到一定的限制。

　　玻璃的理论强度按照Orowan假设计算为11.76GPa，表面无严重缺陷的玻璃纤维，其平均强度可达686MPa。玻璃的抗张强度一般在

34.3―83.3MPa之间，而抗压强度一般在4.9――1.96GPa之间。但实际玻璃的抗折强度只有6.86MPa，比理论强度小2―3个数量级。这是由于实际玻璃中存在有微裂纹（尤其是表面微裂纹）和不均匀区（分相等）所致。

　　目前常采用的提高玻璃机械强度的方法主要有退火、钢化、表面处理与涂层、微晶化、与其它材料制成复合材料等。这些方法能使玻璃的强度增加几倍甚至十几倍。

　　3.1.1玻璃强度与化学组成的关系。

　　不同化学组成的玻璃结构间的键强也不同，从而影响玻璃的机械强度。石英玻璃的强度。各种氧化物对玻璃抗张强度的提高作用顺序是：CSO>B2O3>BaO>Al2O3>PbO>K2O>Na2O>(MgO、FC2O3)

　　各组成氧化物对玻璃抗压强度提高作用的顺序是:Al2O3>(MgO、SiO2、ZnO)> B2O3>Fe2O3>(

B2O3、Cao、PbO)

　　3.1.2玻璃中的缺陷。

　　宏观缺陷如固态夹杂物、气态夹杂物、化学不均匀等，由于其化学组成与主体玻璃不一致而造成内应力。同时，一些微观缺陷（如点缺陷、局部析晶、晶界等）常常在宏观缺陷的地方集中，而导致玻璃产生微裂纹，严重影响玻璃的强度。

　　3.1.3温度。

　　在不同的温度下玻璃的强度不同，根据对-20℃―500℃范围内的测量结果可知，强度值位于200℃左右。

　　一般认为，随着温度的升高，热起伏现象增加，使缺陷处积聚了更多的应变能，增加了破裂的几率。当温度高于200℃时，由于玻璃粘滞性流动增加，使微裂纹的裂口钝化，缓和了应力作用，从而使玻璃强度增大。

　　3.1.4玻璃中的应力。

　　玻璃中的残余应力，特别是分布不均匀的残余应力，使强度大为降低。然而，玻璃进行钢化后，科学教具，表面存在压应力，内部存在张应力，而且是有规则的均匀分布，所以玻璃强度得以提高。

　　3.2玻璃的硬度

　　硬度是表示物体抵抗其他物体侵人的能力。硬度的表示方法甚多，有莫氏硬度、显微硬度、研磨硬度和刻划硬度，玻璃的莫氏硬度为5―7。玻璃的硬度决定于组成原子的半径、电荷大小和堆积密度，网络生成体离子使玻璃具有硬度，教具，而网络外体离子则使玻璃硬度降低。各种组成对玻璃硬度提高的作用大致为:SiO2〉SiO2（MgO、ZnO、

BaO）〉Al2O3> Fe2O3> K2O>Na2O> PbO，玻璃的硬度随着温度的升高而降低。

　　3.3玻璃的脆性

　　玻璃的脆性是指当负荷超过玻璃的极限强度时立即破裂的特性。玻璃的脆性通常用它被破坏时所受到的冲击强度来表示。冲击强度的测定值与试样厚度及样品的热历史有关，淬火玻璃的冲击强度较退火玻璃大5―7倍。

　　3.4玻璃的弹性

　　在近代技术中玻璃愈来愈广泛地被用作结构材料，因此对玻璃的弹性进行研究也日益增长。高空高速飞行需要具有一定刚度的高弹性模量材料，高功率激光通过玻璃介质时所产生的结构压缩和松弛会导致密度和折射率的变化等。弹性已成为玻璃的一项重要物理性质。

　　蒸发器是用于测定大气中一定时间间隔内水的蒸发量的仪器。结构紧凑、造型美观、坚固耐用、实用性强，可供各中、小学校开展课外环境监测活动的教学配备。

　　技术指标：

　　1、蒸发器内径为φ200mm、高度约为100 mm的金属圆盆。

　　2、蒸发器为金属圆形结构、内壁应圆滑，蒸发器刃口不得有毛刺或碰伤等缺陷。

　　3、所有与水接触的部位应光滑，其相互配合或连接部焊缝应严密、牢固、不得有渗漏水现象。

　　4、蒸发器各零、部件的装配应正确，不得有松脱、变形及其它影响使用的缺陷。

　　5、蒸发器各零、部件所敷保护层应牢固、均匀、光洁，不得有脱层、锈蚀等缺陷。

　　6、蒸发器与安装框架应安装方便，并能使蒸发器在正常使用中不会因风力影响而脱开。

　　7、附件：带刻度量杯一只、储水器一个、安装框架一个、金属丝网罩一个。