固体线膨胀系数的测定及温度的PID调节实验报告及误差分析 大学物理实验实验11
固体线胀系数实验报告
固体线胀系数实验报告大学物理实验报告__材料与能源_____学院____能源与动力工程_______专业___1____班学号__xxxx__姓名___黄智向___（合作者__________）实验日期_2021.7.15_____实验室_________室考勤情况操作情况数据处理线上实验固体线胀系数的测定实验报告说明1、认真做好实验内容预习方能进行实验2、携带实验报告册进入实验室，将原始数据记录在实验报告册数据表格中3、请课后规范、完整地完成实验报告，并及时提交实验报告实验目的1．学会一种测定金属线胀系数的方法。
2．掌握和巩固光杠杆法测量长度微小变化量的原理和方法。
3．学会用最小二乘法处理数据。
实验仪器电子虚拟实验室：固体线胀系数测定仪（包括温度计及夹子，待测金属棒），光杠杆，尺读望远镜，钢卷尺，游标卡尺)序号成绩评定教师签名实验原理设金属棒在温度otC0时的长度为oL，当其温度上升到tC0时，它的长度tL 可由下式表示：tL=oottL 1（1）式中，即为该物体的线胀系数。
可将式（1）改写成：oooootttLLttLLL（2）由此可见，线胀系数的物理意义是温度每升高1Co时物体的伸长量L与原长之比。
一般随温度有微小的变化，但在温度变化不太大时，可把它当作常量。
由式（2）可以看出，测量线胀系数的关键是准确测量长度的微小变化量L。
我们先粗略估算一下L的大小。
若mm500Lo，温度变化Ctto100，金属线胀系数的数量级为15C10，则可估算出mm50.0L。
对于这么微小的长度变化量，用普通量具如钢尺和游标卡尺无法进行精确测量，一般采用千分表法（分度值为0.001mm），光杠杆法，光学干涉法等。
本实验采用光杠杆法，整套实验装置由固体线胀系数测定仪，光杠杆和尺读望远镜等几部分组成，如图1所示。
图1测定固体线胀系数的实验装置光杠杆测微小长度改变量的原理：参照图2，假定开始时光杠杆平面镜M的法线ono在水平位置，则标尺S上的标度线no发出的光通过平面镜M反射进入望远镜，在望远镜中形成no的象而被观察到。
Pasco固体线膨胀系数的测量实验报告
Pasco固体线膨胀系数的测量实验报告-实验目的：1.了解物体“热胀冷缩”的程度和特性，绘制材料“伸长量—时间”、“温度变化量—时间”曲线。
2.学习用计算机控制对固体线膨胀系数的实时测量技术。
实验原理:在相同的条件下，不同的材料，其线膨胀的程度各不相同。
实验表明，在一定变化范围内，原长度为L的固体受热后，其相对伸长量△L/L=ａ△t式中a称为固体的线膨胀系数。
在一般情况下，温度变化不大的范围内，对于一种确定的固体材料，可以认为线膨胀系数是一个具有确定值的常数。
在本实验中测量出棒状材料长度变化的增量△L，利用a=△L/(L×△t)。
a的物理意义是：棒状材料在温度变化区域内，温度每升高一度时的相对伸长量，单位是1/℃。
严格的讲，求出的a是温度变化△t区域内的平均线膨胀系数。
实验利用沸腾的水蒸气来加热待测金属杆，并保持末温度不变。
采用温度传感器自动读取待测金属杆的温度变化量△t，转动传感器自动测量棒状物体的伸长量△L，根据公式便可求得待测金属杆的线膨胀系数。
实验仪器：计算机、科学工作站、转动传感器、热敏电阻传感器、水蒸气锅实验内容:1.测量出待测金属杆在室温下的原长记为L。
2.连接好实验装置，固定好金属杆，用水蒸气锅给水加热直至沸腾。
3.打开科学工作室默认窗口界面，选择转动传感器和热敏电阻传感器，设置传感器工作系数，插入图表。
4.待水烧开后分别对三根金属棒进行测量。
5.利用螺旋测微器测量仪器的直径。
实验数据:金属棒的原长均为45.7厘米，仪器的直径为2.605毫米铝棒温度变化：红铜棒温度变化:黄铜棒：温度变化：数据分析与讨论：铝棒，△t=62.4℃，△L=0.73mm故a=26.6×10^（-6）/℃；红铜棒：△t=69℃，△L=0.43mm故a=13.7×10^(-6) /℃；黄铜棒：△t=63.6℃, △L=0.61mm故a=21.1×10^(-6) /℃；比较课本上的固体线膨胀系数表得实验中存在误差，但在误差允许的范围内测量的结果还是接近的。
固体线胀系数的测定
添加标题
如何判断样品温度 是否稳定？若样品 温度不稳定，会对 结果产生怎样的影 响？
！
THE END
由上图可知
Ll(b2 b1) 2D
2 b2 b1
D
【实验仪器】
线胀系数测定仪、 光杠杆、望远镜和 标尺、数字温度计、 钢卷尺、游标卡尺、 待测铜管。
1
(b2 b1)l 2DL(t2 t1)
l
L L(t2 t1)
【实验内容与步骤】
用钢卷尺测量（一次）待测铜管的原长L后，将其放入线胀系数 测定仪的加热金属圆筒中；
8．用米尺测量（一 次）标尺到平面镜间 的距离D。
D
l
章 节 一
9．将光杠 杆在白纸 上轻轻压 出三个足 尖印痕， 用游标卡 尺测量 （一次） 其后足尖 到两前足 尖连线的 距离l。
计算铜管的线胀系数
l
kl 2D L
UrUll (ULL)2(UDD)2(Ull)2
L 测量值 U L (mm ) 【
【实验重点和 难点】
固体的体胀系数的理论原理和实验
1
测量方法以及光杠杆原理； 实验数据处理：结果的有效数字、
2
不确定度的正确表达；
光学系统的调节、升温快慢的掌握、
3
镜面角度的变化对读数的影响等。
【预习抽查问题与思考题】
添加标题
实验中各长度量用 不同的仪器来测定， 是怎样考虑的？为 什么？
添加标题
D 测量值 U D (mm )
实 验
l 测量值 U l (mm )
结 果
l 计算值 U l (0C 1 ) 】
#2022
【实验报告的要求】
#2022
【注意事项】
【教学要求】
线膨胀系数实验报告
专业：应用物理题目：线膨胀系数实验目的1、测量金属的线膨胀系数。
2、学习PID 调节的原理。
实验仪器金属线膨胀实验仪，ZKY-PID 温控实验仪，千分表实验原理线膨胀系数设在温度为t0 时固体的长度为L0，在温度为t1 时固体的长度为L1。
实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L1－L0 与温度变化量△t= t1－t0 及固体的长度L0 成正比，即：△L=αL0△t式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数，由上式知：α=△L/L0•1/△t可以将α理解为当温度升高1△时，固体增加的长度与原长度之比。
多数金属的线膨胀系数在(0.8—2.5)×10-5/△之间。
线膨胀系数是与温度有关的物理量。
当△t 很小时，测得的α称为固体在温度为t0 时的微分线膨胀系数。
当△t 是一个不太大的变化区间时，我们近似认为α是不变的，测得的α称为固体在t0—t1 温度范围内的线膨胀系数。
在L0 已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量△t 与相应的长度变化量△L 的测量，由于α数值较小，在△t 不大的情况下，△L 也很小，因此准确地控制t、测量t 及△L 是保证测量成功的关键。
实验步骤1.设定从室温到60℃之间8 个温度点。
2.将第1 次温度达到平衡时的温度及千分表读数分别作为T0，l0。
3.温度的设定值每次提高ΔT，温度在新的设定值达到平衡后，记录当前温度T 及千分表读数于表中。
4.重复上述操作8次。
960.20.4845 39.9 0.3293L L T ∆=∆α0C /10)004.0644.1(5-⨯±=α分析与讨论通过查阅常用金属物理性能得，Cu 的线膨胀系数为C/101.65-5⨯=α，与实验测量值相对误差%36.0=η，误差很小，若排除测量仪器的问题，该误差可能来源于计算时对T0时铜管长度作了近似处理，由于无法直接准确测得铜管长度，同时长度又远大于伸长率，故此处将T0时长度近似为50cm 。
固体线热膨胀系数的测定实验报告
固体线热膨胀系数的测定【实验目的】材料的线膨胀指的是材料受热后一维长度的伸长。
当温度升高时，一般固体由于其原子或分子的热运动加剧，粒子间的平均距离发生变化，温度越高，其平均距离越大，这就是固体的热膨胀。
热膨胀是物质的基本热学性质之一。
物体的热膨胀不仅与物质种类有关。
对金属晶体而言，由于它们是由许多晶粒构成的，这些晶粒在空间方位上排列是无规则的，整体表现出各相同性。
它们的线膨胀在各个方向均相同。
虽然固体的热膨胀非常微小，但使物体发生很小形变时就需要很大的应力。
在建筑工程、机械装配、电子工业等部门中都需要考虑固体材料的热膨胀因素。
因此固体线胀系数是选择材料的一项重要指标,测定固体的线膨胀系数具有重要的实际意义。
1. 掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
测量铁、铜、铝棒的线热膨胀系数。
2. 学会使用千分表，掌握温度控制仪的操作。
3. 学习图解图示法处理实验数据。
【实验原理】设为物体在温度时的长度，则该物体在时的长度可由下式表示：(1)其中，为该物体的线膨胀系数，在温度变化不大时，可视为常数。
将式(23-1)改写为：(2)可见，的物理意义为：温度每升高时物体的伸长量与它在时的长度之比，单位为：或。
实际测量中，一般只能测得材料在温度及时的长度及，设是常量，则有：(3)由式(6)即可求得物体在温度之间的平均线膨胀系数。
其中，微小长度变化量可直接用千分表测量。
本实验对金属铁、铜、铝进行测量求出不同金属的线膨胀系数。
【实验仪器】FD-LEA固体线热膨胀系数测定仪（一套）、（电加热箱、千分表、温控仪）金属棒、电源线、加热线、传感器及电缆仪器介绍1.千分表是一种测定微小长度变化量的仪表，其外形结构如图1所示。
外套管Ｇ用以固定仪表本身；测量杆Ｍ被压缩时，指针Ｈ转过一格。
而指针Ｐ则转过一周，表盘上每周等分小格，每小格即代表0.001ｍｍ，千分表亦由此得名。
图1千分表2.FD-LEA固体线热膨胀系数测定仪由电加热箱和温控仪两部分组成。
线膨胀系数测定实验报告
实验内容及步骤
1、调节千分表，调节侧面螺栓使大圆盘的指针对准0刻度线，小圆盘指针在0.2刻度线。
2、接通温控仪，升温到75度，并记录20、25、30、35。。。到75度时的数据，设定达到最大值时开始降温，将主仪器的盖子打开散热，并记录75、70。。。到20度时的数据。
其中a，b，c为常数。
在实际测量中，由于Δθ相对比较小，一般地，忽略二次方及以上的小量．只要测得材料在温度θ1至θ2之间的伸长量 ，就可以得到在该温度段的平均线膨胀系数 ：
在温度θ1和θ2下物体的长度分别为L1和L2， 是长度为L1的物体在温度从θ1升至θ2的伸长量．实验中需要直接测量的物理量是 ，L1，θ1和θ2．为了使 的测量结果比较精确，还要扩大到对 和 相应的 的测量．即
0.173
0.105
35.0
0.059
0.235
0.147
40.0
0.081
0.291
0.186
45.0
0.108
0.341
0.225
50.0
0.134
0.387
0.261
55.0
0.176
0.431
0.304
60.0
0.216
0.468
0.342
65.0
0.277
0.492
0.385
70.0
0.353
3、舍去前后波动的数据，取30-60度温度时的数据，并做图
4、算出斜率K，并通过铜的线热膨胀系数 ，算出百分误差。
实验数据记录（注意：单位、有效数字、列表）
固体线膨胀系数的测定实验总结大学物理实验
固体线膨胀系数的测定实验总结大学物理实验固体线膨胀系数的测定实验总结大学物理实验固体线膨胀系数的测定实验总结大学物理实验篇一:大学物理实验——固体热膨胀系数测量实验报告大学物理仿真实验报告固体线膨胀系数的测量院系名称:专业班级:姓名:学号:固体线膨胀系数的测量一、实验目的1.通过实验环境模拟培养动手能力、学习实验能力、深化物理知识2.利用仿真实验方法测定金属棒的线胀系数二、实验原理1(材料的热膨胀系数线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。
在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了?L,则有 ?L??L?t2?t1?(1)(2)此式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。
比例系数称为固体的线胀系数。
一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。
2(线胀系数的测量在式(1)中?L是个极小的量，这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。
考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量。
光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。
光杠杆放大原理如下图所示:当金属杆伸长?L时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有(3) 带入(2)式得固体线膨胀系数为:三、实验仪器热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等 )四、实验内容及步骤1、在实验界面单击右键选择“开始实验”2、调节平面镜至竖直状态3、打开望远镜视野，并调节方位、聚焦、目镜使得标尺刻线清晰，且中央叉丝读数为0.0mm(抓图1)4、单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止(抓图2)5、单击卷尺，分别测量l、D，(抓图3)篇二:固体线膨胀系数测定实验报告大学物理实验报告实验时间 201X 年 10 月 8 日第 7 周土木学院学院班级学号 ***** 姓名王小二组号 18 指导教师陈德彝分数篇三:仿真实验报告-固体线膨胀系数的测量大学物理仿真实验报告固体线膨胀系数的测量院系名称:信息科学与工程学院专业班级:电子信息工程姓名:蔡加强学号:201X46830523 固体线膨胀系数的测量一、实验目的1、测定金属棒的线胀系数2、学习一种测量微小长度的方法二、实验原理固体的线膨胀系数和体膨胀系数是固体热学特性的重要参数，通常体膨胀系数是线膨胀系数的3倍左右，本实验主要介绍固体线膨胀系数的测量方法。
大学物理实验 金属线膨胀系数测量仪实验指导书及操作说明
固体线膨胀系数的测定及温度的PID调节绝大多数物质具有热胀冷缩的特性，在一维情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。
在相同条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程度各不相同，我们引入线膨胀系数来表征物质的膨胀特性。
线膨胀系数是物质的基本物理参数之一，在道路、桥梁、建筑等工程设计，精密仪器仪表设计，材料的焊接、加工等各种领域，都必须对物质的膨胀特性予以充分的考虑。
利用本实验提供的固体线膨胀系数测量仪和温控仪，能对固体的线膨胀系数予以准确测量。
在科研，生产及日常生活的许多领域，常常需要对温度进行调节、控制。
温度调节的方法有多种，PID调节是对温度控制精度要求高时常用的一种方法。
物理实验中经常需要测量物理量随温度的变化关系，本实验提供的温控仪针对学生实验的特点，让学生自行设定调节参数，并能实时观察到对于特定的参数，温度及功率随时间的变化关系及控制精度。
加深学生对PID调节过程的理解，让等待温度平衡的过程变得生动有趣。
实验目的1、测量金属的线膨胀系数。
2、学习PID调节的原理。
实验仪器：金属线膨胀实验仪，ZKY-PID温控实验仪，千分表实验原理1．线膨胀系数设在温度为t0时固体的长度为L0，在温度为t1时固体的长度为L1。
实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L1－L0与温度变化量△t= t1－t0及固体的长度L0成正比，即：△L=αL0△t (1)式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数，由上式知：α=△L/L0•1/△t (2)可以将α理解为当温度升高1℃时，固体增加的长度与原长度之比。
多数金属的线膨胀系数在(0.8—2.5)×10-5/℃之间。
线膨胀系数是与温度有关的物理量。
当△t很小时，由（2）式测得的α称为固体在温度为t0时的微分线膨胀系数。
当△t是一个不太大的变化区间时，我们近似认为α是不变的，由（2）式测得的α称为固体在t0—t1温度范围内的线膨胀系数。
由（2）式知，在L0已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量△t与相应的长度变化量△L的测量，由于α数值较小，在△t不大的情况下，△L也很小，因此准确地控制t、测量t及△L是保证测量成功的关键。
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大学物理实验11
固体线膨胀系数的测定及温度的PID调节
实验中用到的仪器有金属线膨胀实验仪、ZKY-PID温控实验仪、千分表。
在这个实验中我们可以测量金属的线膨胀系数和学习PID调节的原理。
一、实验目的
二、实验原理（图）
三、实验设备、仪器、用具及其规范
四、实验（测定）方法
五、实验记录、数据处理
六、结果分析及问题讨论
实验中的误差主要有：
（1）测量仪器不精密导致的误差；
（2）温度影响，不同材料的温度膨胀系数不同；（3）温度计的热惯性，升温时实际温度高于读数温度；（4）测量人员读数时有误差。