固体线膨胀系数测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
目录
1. 实验目的
1.1 实验原理
1.1.1 线膨胀系数的概念
1.1.2 线膨胀系数的计算公式
1.2 实验器材
1.3 实验步骤
1.4 实验结果分析
1.5 实验结论
实验目的
通过测定固体线膨胀系数的实验，掌握固体在温度变化下的膨胀规律，了解物体在不同温度下的变化情况。
实验原理
线膨胀系数的概念
线膨胀系数是一个物体在单位温度变化下长度变化的比例系数，通常
表示为α。
线膨胀系数的单位为℃^-1。
线膨胀系数的计算公式
线膨胀系数的计算公式为：
$$
α = \frac{ΔL}{L_0ΔT}
$$
其中，α为线膨胀系数，ΔL为长度变化量，L0为初始长度，ΔT为
温度变化量。
实验器材
1. 物体（例如金属杆）
2. 尺子
3. 温度计
4. 烧杯
5. 热水
实验步骤
1. 测量物体的初始长度并记录为L0。
2. 将物体放入热水中，让其温度升高。
3. 使用温度计测量热水的温度变化ΔT。
4. 测量物体在热水中的长度变化量ΔL。
5. 根据公式计算出线膨胀系数α。
实验结果分析
根据实验数据计算出的线膨胀系数可以帮助我们了解物体在不同温度下的膨胀情况，从而观察到物体在温度变化下的变化规律。
实验结论
通过本次实验，我们成功测定了固体线膨胀系数，并对物体在温度变化下的膨胀规律有了更深入的了解。
这对于工程领域的材料选择和设计具有重要意义。
固体线膨胀系数测定实验报告
固体线膨胀系数测定实验报告一、实验目的掌握固体线膨胀系数测定的基本原理和方法，了解固体热膨胀的规律，探究不同材料的膨胀性能。
二、实验原理α=ΔL/(L0×ΔT)三、实验仪器和材料1.实验仪器：线膨胀测定装置、温度计、恒温槽、电磁铁等。
2.实验材料：不同材质的试样。
四、实验步骤1.将不同材料的试样固定在线膨胀测定装置上。
2.将线膨胀测定装置放入恒温槽中，并将温度调至初始温度。
3.记录下试样的初始长度L0。
4.开始测量后，通过电磁铁控制试样的温度变化。
5.每隔一定时间，测量试样的长度变化ΔL，并记录下温度变化ΔT。
6.重复以上步骤，直到试样温度变化范围内的线膨胀量连续三次测量结果相近为止。
五、实验数据处理和分析1.按照实验步骤记录得到的数据，计算出每组试样的线膨胀系数α。
2.绘制试样温度变化与线膨胀量变化的曲线图。
3.比较不同材料的线膨胀系数大小，分析不同材料的膨胀性能。
六、实验结果和讨论通过实验测定，得到了不同材料的线膨胀系数α，并绘制了温度变化与线膨胀量变化的曲线图。
实验结果表明，在相同温度范围内，不同材料的线膨胀系数有所差异。
这表明了不同材料在受热膨胀时的表现不同。
根据实验得到的结果，我们可以进一步探究不同材料的热膨胀性能。
在实际应用中，我们可以根据不同的需求选择合适的材料进行设计与制造。
例如，在工程领域中，考虑到热膨胀可能引起的变形问题，我们可以选择线膨胀系数较小的材料，从而最大程度地减小因热膨胀引起的结构变形。
七、实验总结通过这次实验，我掌握了固体线膨胀系数测定的基本原理和方法。
实验中，我了解到了不同材料在受热膨胀时的表现不同，这对于材料选择与应用有着重要的意义。
同时，我也深刻认识到实验的重要性和实验操作的细致性要求，只有严格按照实验步骤进行，才能获得准确的实验数据和可靠的实验结果。
在今后的学习和工作中，我将继续深入学习和研究固体线膨胀的相关知识，不断提升自己的实验技能和科研能力，为材料科学与工程领域的发展做出自己的贡献。
实验三 固体线膨胀系数的测定
实验三 固体线膨胀系数的测量【实验目的】1．了解热膨胀现象。
2．测量固体线膨胀系数。
【实验仪器】EH-3型热学实验仪，铜棒，铁棒，千分表。
【实验原理】大部分物质在一定温度范围内都呈现“热胀热缩”的宏观现象。
就晶体状固体模型而言，这是因为物质中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。
两相邻粒子间的势能是它们之间距离的函数，其关系可用势能曲线描绘如图3-1。
在一定的温度下，粒子在其平衡位置r o 附近做热振动，具有一定的振动能量E 。
由于势能曲线的非对称性，热振动时的平均距离r 大于平衡距离r o 。
若温度升高（T 1、T 2），振动能量增加（E 1、E 2），则两原子之间的平均距离也增大（r 1、r 2），随之固体的体积膨胀。
因此，热膨胀现象是物体的势能曲线的非对称特性的必然结果。
固体的任何线度（长度、宽度、厚度、直径等）随温度的变化，都称为线膨胀。
对于各向同性的固体，沿不同方向的线膨胀系数相同；对于各向异性的固体，沿不同的晶轴方向，其线膨胀系数不同。
实验表明，原长度为L 的固体受热后，其相对伸长量正比温度的变化，即： αt L L ∆=∆ 式中，比例系数a 称为固体的线膨胀系数，对于一种确定的固体材料，它是一个确定的常数。
设温度在0℃时，固体的长度为L 0，当温度升高时，其长度为L t 。
t L L L t α=-00 （3-1） L t = L 0（1+αt ）。
（3-2）若在温度t 1和t 2时，固体的长度分别为L 1，L 2，则根据式（3-2）或写出L 1=L 0（1+αt 1）， （3-3）L 2=L 0（1+αt 2）， （3-4）将式（3-3）代入式（3-4）化简后得图3-1 势能曲线⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=∂11221t L L t L L （3-5） 由于L 1与L 2非常接近，故L 2/ L 1≈1，于是式（3-5）可简写成 ()121t t L L -∆=α （3-6） 只要测出L 1，ΔL 和t 1，t 2就可以求出α值。
固体热膨胀系数测量 实验报告
固体热膨胀系数测量实验报告固体热膨胀系数测量-实验报告大学物理模拟实验年月日一实验项目名称：固体热膨胀系数测量一、实验目的1.掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
2.掌握大学物理仿真实验软件的基本操作方法。
3.测量铜棒的线热膨胀系数。
4.学会用图解法处理实验数据。
二、实验原理1.材料的热膨胀系数各种材料热胀冷缩的强弱是不同的，为了定量区分它们，人们找到了表征这种热胀冷缩特性的物理量，线胀系数和体胀系数。
线性膨胀是材料在加热和膨胀时在一维方向上的伸长。
在一定的温度范围内，加热后固体的长度会增加。
假设物体的原始长度为l，物体从初始温度T1加热到最终温度T2，物体被拉长△ 五十、然后上式表明，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al称为固体的线胀系数。
体积膨胀是加热时材料体积的增加，即材料在三维方向上的增加。
体积膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1k所引起的物体体积的相对变化，用av表示。
即二一般情况下，固体的体胀系数av为其线胀系数的3倍，即av=3al，利用已知AV和△ T、我们可以测量液体的体积膨胀系数AV。
2.线膨胀系数的测量线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标。
实验表明，不同材料的线胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其次是金属。
殷钢、熔凝石英的线胀系数很小，由于这一特性，殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。
表1.2.1-1给出了几种材料的线胀系数。
几种材料的线性热膨胀系数材料al/℃钢-5铁-5铝-5玻璃-6陶瓷-6熔凝石英-7101010101010人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系数是不同的，例如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，会出现线胀系数的突变。
但在温度变化不大的范围内，线胀系数仍然是一个常量。
因此，线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。
在设计任何要经受温度变化的工程结构（如桥梁、铁路等）时，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。
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。
固体线膨胀系数的测定
固体线膨胀系数的测定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。
【实验目的】1、学习测量固体线膨胀系数的一种方法。
2、了解一种位移传感器——数字千分表的原理及使用方法。
3、了解一种温度传感器——AD590的原理及特性。
4、通过仪器的使用，了解数据自动采集、处理、控制的过程及优点。
5、学习用最小二乘法处理实验数据。
【实验原理】1、线膨胀系数设在温度为t1时固体的长度为L1，在温度为t2时固体的长度为L2。
实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L2－L1与温度变化量△t= t2－t1及固体的长度L1成正比。
即：△L=αL1△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/Ll·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t1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t1—t2温度范围内的线膨胀系数。
由（2）式知，在L1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，因此准确地测量△L及t是保证测量成功的关键。
2、微小位移的测量及数字千分表测量微小位移，以前用得最多的是机械百分表，它通过精密的齿条齿轮传动，将位移转化成指针的偏转，表盘最小刻度为0.01mm，加上估读，可读到0.001mm，这种百分表目前在机械加工行业仍广泛使用。
固体线胀系数实验报告
固体线胀系数实验报告1. 实验目的本实验旨在通过测量固体材料在不同温度下的线胀量，计算得到固体线胀系数，以便研究该材料的热膨胀性质。
2. 实验原理固体的热膨胀是指固体物质在温度变化时的体积或长度的增加。
线胀系数（α）是指在单位温度变化下，固体材料单位长度的变化量。
线胀系数的计算公式如下：α= (ΔL / L0) / ΔT其中，α为线胀系数，ΔL为长度变化量，L0为原始长度，ΔT为温度变化量。
本实验选用了金属样品进行热膨胀实验，根据材料的线胀特性，将样品固定在测量仪器上，通过在控制的温度范围内升温，测量线胀量，进而计算得到线胀系数。
3. 实验器材- 热膨胀测量仪：用于固定和测量样品的长度变化量，同时提供恒定的温度环境。
- 金属样品：选用具有热膨胀性质的固体材料作为实验样品，如铝、铜等。
4. 实验步骤1. 将金属样品固定在热膨胀测量仪上，确保样品稳固不动。
2. 设置热膨胀测量仪的温度范围，并将温度调节到初始温度。
3. 开始记录温度和样品长度数据。
4. 将热膨胀测量仪的温度逐步升高，每隔一定温度间隔记录一次样品长度。
5. 当达到最终温度后，停止温度升高，继续记录样品长度。
6. 根据记录的数据，计算得到线胀系数。
5. 数据处理与结果分析根据实验记录的数据，我们可以绘制出温度和样品长度的曲线图。
根据曲线的斜率即可计算得到线胀系数。
实验结果显示，金属样品在温度升高时，其长度随温度的增加而增加。
通过计算得到的线胀系数可以反映金属材料的热膨胀性质。
6. 实验误差分析实验中可能存在的误差包括温度测量误差和长度测量误差。
温度测量误差可能来自于温度传感器的精度限制，长度测量误差可能来自于仪器的粗糙度。
为了减小误差，我们可以多次重复实验，取平均值来增加测量的准确性。
此外，在实验操作中要尽量避免人为因素对实验结果的影响，严格按照操作规程进行实验。
7. 实验结论通过本实验测量得到金属样品的线胀系数，从而为研究该金属材料的热膨胀性质提供了参考数据。
固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
实验目的：本实验旨在测量一种材料的固体线膨胀系数。
实验原理：当材料受到温度变化时，其热膨胀系数表示材料在单位温度变化时，长度或体积变化的百分比。
热膨胀是物理性质。
它描述了随温度升高而对应体积变化的比例，其中热膨胀系数就是衡量变化的指标。
实验中，通过改变材料的温度，测量温度和长度之间的关系，从而计算出材料的固体线膨胀系数。
实验装置：实验所用的装置包括：精密钢丝、温度测量仪、电子天平。
实验步骤：
1. 用电子天平称量一根精密钢丝的质量，记录其质量m。
2. 把精密钢丝放入一个恒温箱中，控制温度T。
3. 在恒温箱中保持温度T恒定，并不断观察精密钢丝的长度L，并定时记录。
4. 将所记录的温度和长度数据代入公式计算固体线膨胀系数α。
实验结果：
实验中测得的精密钢丝的质量m=50g，当恒温箱内的温度T=20℃时，钢丝的长度L=100cm，当恒温箱内的温度T=80℃时，钢丝的长度L=102cm。
根据以上数据，计算出精密钢丝的固体线膨胀系数α=0.02/℃。
实验结论：从本实验结果可以看出，精密钢丝的固体线膨胀系数为0.02/℃，表明精密钢丝具有较强的热膨胀性能。
实验总结：本实验中，我们通过改变材料的温度，测量温度和长度之间的关系，从而计算出材料的固体线膨胀系数。
实验结果表明，精密钢丝的固体线膨胀系数较低，说明精密钢丝具有较强的热膨胀性能。
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4、结果表达：
（1）平均值 2.1110 5C 1
（2）绝对值
1 4
1
2
3
4
0.29 105C 1
（3）所测材料线膨胀系数 (2.11 0.29) 10 5C 1 ;相对误差 E 13.7%
作业:（1）答： b(n2 n1 ) 8.00 1.05 0.02
(1) 由于测 L, D , b 是采用常规的 长度测量，具体操作十分简单，这几个待测量带来的误差
主要仪器本身的 系统误差以及测量偶然误差，可以通过多次测量求平均值来尽量减小误差；
（2）温度计读数 t1 ， t2 的误差主要是系统误差，可以进行系统误差修正；
（3）通过望远镜标尺读数 n2 ， n1 引入偶然误差。
1 49.55 (65
45)
2.2110 5C 1
3
L(t2
t1
)
b(nm 2D
nn
)
1 L(tm
tn
)
8.00
(1.95 2 210
0.90)
49.55
1 (70
50)
2.21
10
5C
1
4
L(t2
t1 )
b(nm 2D
nn
)
1 L(tm
tn
)
8.00
(2.10 1.30) 2 210
测微放大原理（参阅实验八），有
n2 n1 b
(4)
2D
D 为光杠杆镜平面的距离； b 为光杠杆的丁足尖到镜面连线的 垂直距离。
（2）利用改进型的干涉仪的等倾环纹的移动来测量 ，原理参阅实验十二。动镜的改变量
与“冒”出或“缩”进环纹数 N 满足
L2
L1
N
2
(5)
实验步骤：
1、利用 GX55
1 (60
40)
1.54
10 5C 1
（1）平均值 1 2 3 4 2.49 2.21 2.211.54 105 2.11105C 1
4
4
（2）绝对值
1 4
1
2
3
4
1 2.49 2.11 2.21 2.11 2.21 2.11 1.54 2.11 105 4
（1） 将光杠杆三个构成等腰三角形的尖脚放在白纸上轻轻地按一下，得到三个支点的位置。
通过作图量出等腰三角形的高 X，然后将光杠杆放在平台上，使它的顶点脚放在金属杆的上端。
（2） 调整光杠杆的位置，以及望远镜的位置和焦距，使得在望远镜中能清楚地看到标尺的
刻度（调整方法同实验五），记下加热前标尺的读数 n1 。（详细步骤见 P74 页） （3） 接通加热开关，要求测一组 n t 值， 2、利用 SGR-I 型线膨胀测定仪测待测杆的 (略)
2.02
（2）答：光杠杆的三点指放平面镜的装置有三个脚尖，构成等腰三角形。从后脚尖到前两脚
尖连线的距离 b 以及光杠杆的两个前脚连线中点到标尺的距离 D 称为两臂。
2D
2 210
由
b(n2 n1) 1
2.11105C 1
L(t2 t1 )
2D L(t2 t1)
对于 t1
40C 而言
L(t2
t1) t1
0.02 49.55 20 40 0.02
2.0210-5
相对误差 E 100 % 2.11 2.02 100 % 4%
L L0 (1 t1 )
L L0 (1 t2 )
消去 L0 ,有
L(t2 t1 ) t1 L(t2 t1 )
(3)
本实验 的测量方法有两种：
（1）利用光杠杆和尺组望远镜。设温度为 t1 时通过望远镜和光杠杆的平面镜，看见望远镜在视场 中叉丝横线所对准的直尺为 n1，当温度升高到 t2 ，在视场中叉丝横线所对准的直尺为 n1 ，根据杠杆的
1 0.38 0.1 0.1 0.57105 0.29 105C 1
4
（3）所测材料线膨胀系数 (2.11 0.29) 10 5C 1 ;
相对误差 E 100 % 13.7%
3、误差原因分析：
从实验原理可知，线膨胀系数测得值的误差是由 L, D , b ， t1 ， t2 n2 ， n1 ，引入的.
1.75
1.05 2.21×10－5
1.95
1.05 2.21×10－5
2.10
0.80 1.54×10－5
L 49.55cm ； b 8.00cm ）
N 40所对应的温度改变量
i园纹变化数
tm / ℃
tn / ℃
tm tn / ℃
N 2
1
40
24.0 27．4
3.4
12656nm
2
40
27.4 31．6
4.2
12656nm
3
40
31.6 35．8
4.2
12656nm
4
40
35.8 40．0
4.2
12656nm
/ ℃-1 / ℃-1
2.48×10－5 2.00×10－5 2.00×10－5 2.00×10－5
2.12×10－5
( 632.8nm；
2、数据处理： 对于数据表格 1 而言
大学物理实 验 报 告
实验时间 2008 年 10 月 8 日
姓名
王小二
组号
第 7 周 土木学院
18
指导教师
学院 班级学号 *****
陈德彝
分数
实验名称：
固体线膨胀系数的测定
实验目的: 1、 测量两种金属杆的线膨胀系数。 2、 进一步使用光杠杆测定固体长度的微小变化。 3、 初步掌握温度测量的要领。
实验原理:
固体的长度 L 一般随温度 t 的升高而增加，理论和 实践表明， L 和 t 的关系为：
L L0 (1 t t 2 )
（1）
L0 为 t 0C 时的长度，在常温附近不大的温度范围内，可写为
L L0 (1 t)
（2）
设温度为 t1 C 的长度为 L ,温度升到 t2 C，其长度增加 ，由上式由
数据处理：
1、数据表格： 温度与视场中标尺刻度数据
i tm / ℃ nm / ㎝
i tn / ℃ nn / ㎝ ni4 ni
/℃-1
1
40
0.25
5
60
2
45
0.60
6
65
3
50
0.90
7
70
4
55
1.30
8
75
（ D 1 L 100 4.2 100 210cm ；
2
2
1.55
1.30 2.49×10－5
L0 150 .04mm )
1
L(t2 t1 )
b(nm nn ) 2D
1 L(tm tn )
8.00 (1.55 0.25) 2 210
1 49.55 (60
40)
2.49 10 5C 1
2
L(t2 t1 )
b(nm nn 2D
)
1 L(tm tn )
8.00 (1.75 0.60) 2 210