关键概念
物理学
温度
热膨胀
金属
引言
你喜欢为别人包装礼物吗？也许你甚至用剪刀卷过丝带（或者看过别人这样做）。你有没有想过，当你用剪刀刀片沿着丝带的一侧划过时，丝带为什么会卷曲？答案是，当你用剪刀的刀片对丝带施加压力时，丝带的外层会拉伸和膨胀。这使得丝带的外层比压在刀片上的内层更长。因此，丝带会卷曲，以弥补其各层长度的不同。在这个活动中，你也将使材料卷曲。然而，对于这些材料，你不需要剪刀：你将使用热量代替！
背景
你可能知道或见过，材料在加热或冷却时能够改变其形状或体积。固体、液体和气体都是如此，它们都由原子和分子组成。一旦暴露在热量中，这些分子就开始振动并更快地移动。这使得分子扩散开来并占据更多空间。因此，材料在受热时会稍微膨胀。另一方面，当材料冷时，分子移动较少，这使得它们占据的空间较小。因此，材料在受冷时会收缩。虽然所有材料在受热时都会膨胀，但它们膨胀的程度并不相同。材料在受热时膨胀多少由其热膨胀系数描述。例如，如果将铝的温度升高 1 摄氏度，铝每米会膨胀 21 到 24 微米。
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当物体由多种材料制成时会发生什么？当加热时，它们都会以不同的方式膨胀！事实上，有一些特殊的材料称为双金属，它们利用了不同的热膨胀特性。双金属是由两层不同的金属夹在一起组成的物体。当双金属被加热时，其中一种金属会比另一种金属膨胀得更多。这会导致双金属在一个方向上弯曲（或卷曲）——就像礼品包装的丝带一样。由于这种效应，双金属通常用于指示温度变化，例如在指针式温度计（例如烤箱或冰箱中使用的温度计）中。在这些温度计内部，双金属线圈连接到指针。当温度变化时，指针会根据双金属线圈的变形量移动。
在这个活动中，你将亲眼看到不同的热膨胀特性如何使物体卷曲。准备好迎接热力了吗？
材料
铝箔
打印纸
剪刀
胶水
带有坚固底座的蜡烛
打火机或火柴
成人助手
一大罐水或灭火器
其他材料片（塑料、铜等，可选）
准备工作
剪下四条 0.5 英寸乘 9 英寸的铝箔条
剪下四条 0.5 英寸乘 9 英寸的打印纸条。
将两条铝条粘在一起，使其形成两层铝箔。
将两条纸条粘在一起，使其形成两层纸张。
将一条纸条粘在一条铝条的顶部。
用剩余的铝条和纸条重复上一步。
在开始活动之前，确保胶水已凝固。
步骤
在成人的帮助下，点燃蜡烛。确保附近有一大罐水或灭火器——以防万一。
拿起由两层铝制成的条带。在成人的帮助下，小心地将条带的一端放在蜡烛火焰上方约 1.5 到 2 英寸处。在那里保持约三秒钟。铝条会发生什么变化？
将铝条从蜡烛上方移开。小心地触摸条带上在火焰上方的部分。与条带的其余部分相比，感觉如何？
拿起由两层纸制成的条带。将条带的一端放在蜡烛火焰上方约 1.5 到 2 英寸处。在那里保持三秒钟，注意不要意外烧坏纸条。这次你注意到什么？
将纸条从蜡烛上方移开，轻轻触摸条带上在火焰上方的部分。感觉如何？
接下来拿起一条由铝和纸制成的条带。像对待其他条带一样，将条带的一端放在蜡烛火焰上方。使铝层朝向蜡烛，纸层朝向天花板。将条带保持在蜡烛上方 1.5 到 2 英寸处三秒钟。你观察到什么？你的结果与之前不同吗？
将条带从蜡烛上方移开后，小心地触摸条带在火焰上方的两侧。两侧感觉相同吗？
拿起最后一条由铝和纸制成的条带。这次将条带放在火焰上方，纸层朝向蜡烛火焰，铝层朝上。这次会发生什么？你能解释你的结果吗？
将条带从蜡烛上方移开，小心地触摸条带在火焰上方的两侧。你注意到什么？
附加内容： 当你将铝条粘到其他材料上时，例如塑料片或铜片，会发生什么？你的结果会改变吗？
观察和结果
你有没有看到其中一条条带在蜡烛火焰上方卷曲？你应该看到了！当你在火焰上方拿着全铝条带和全纸条带时，它们应该没有变化。这是因为条带的两层由相同的材料制成。如果条带变热（当你触摸它时应该已经注意到），则两层膨胀量相同。然而，如果条带由两种不同的材料组成，例如你用纸和铝制成的条带，则会发生不同的情况。
当将纸/铝条带放在火焰上方时，你可能观察到它立即开始向一个方向弯曲或卷曲。当铝层朝向蜡烛时，它向上卷曲，当铝层朝向天花板时，它向下卷曲。这是因为铝层和纸层在火焰上方时会升温。由于铝的热膨胀系数较高，因此铝的膨胀量大于纸。由于纸和铝粘在一起，铝会从纸条上卷曲开来，以弥补其各层长度的不同——就像卷曲的礼品包装丝带一样！你会在其他由两种不同材料组成的、具有不同热膨胀系数的条带上看到类似的结果。
清理
确保吹灭蜡烛。你可以回收任何未使用的纸张或铝。
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