固体线胀系数的测定

4．调节望远 镜及标尺架的 位置和望远镜 的仰角，沿望 远镜轴线方向 （借助望远镜 上的准星）能 通过镜面看到 标尺（实际是 看到标尺在镜 后的成像）。
5．调节目镜，看清十字叉丝，调节调焦手轮，看 清标尺的像，并使像与十字叉丝之间无视差，即 眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。
6．当金属筒被加热后，待测铜管逐渐伸长，每间 隔10℃记录一次望远镜叉丝横线所对标尺的数值， 测量6到7个点。 1 2 3 4 5 6 7
【实验简介】
热胀冷缩
应用 原因 工程结构的设计 机械和仪器的制造 材料的加工 物体内部分子热运动加剧或减弱
各种材料的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。
【实验目的】
测定金属的线胀系数，并学习一种测量微小 长度的方法。
【实验原理】
L l L(t 2 t1 )
2．线胀系数的测量 线胀系数是选材的一项重要指标，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，石英的线胀系数很小，因此， 殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。 下表给出了几种材料的线胀系数。 钢
l / C
0 1
铁
铝
玻璃 陶瓷 殷钢 石英
THE END！
【实验结果】
L 测量值 U L (m m) D 测量值 U D (m m) l 测量值 U l (m m)
l 计算值 U ( 0C 1 )
l

【实验报告的要求】
1．实验名称 2．实验仪器 3．实验目的 4．实验原理及所采用的实验方法 5．实验内容 6．原始数据 7．数据处理
t/℃ b/mm
7．以t（℃）为横坐标，b（mm）为纵坐标，在 坐标纸上作出t-b关系曲线，求直线斜率k。
k (b2 b1 ) /(t2 t1 )
8．用米尺测量Biblioteka Baidu一次）标尺到平面镜间的距离D。
D
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。
1．材料的线胀系数 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向上 的伸长。
在一定的温度范围内，固体受热后，其长度会增加， 设物体原长为 L，由初温 t1 加热至末温 t2，物体伸 长为
L l L(t2 t1 )
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。
l
10．计算铜管的线胀系数
kl l 2D L
U A B
2 2
U L U D B inst 0.5mm
U l inst 0.02mm
U L 2 U D 2 Ul 2 Ur ( ) ( ) ( ) l L D l
U l
Ul l (计算值)Ur
10-5
10-5
10-5
10-6
10-6
10-6
10-7
L l L(t2 t1 )
为 300mm，温度变化100℃，金属的线胀系数 l 约为10-5℃-1，可以估计出⊿L ≈0.30mm。 考虑到测量方便和测量精度，本实验采用光杠杆 法测量。
⊿L是一个微小变化量。以金属为例，若原长
5. 实验时应尽量减少走动和震动，保持安静，以免影 响测量的准确性。

【教学要求】
1．测量的数据结果应在规定的范围内； 2．多项测量内容都有互相交叉的内容，应考察学 生的实验结果是否前后一致； 3．考察实验报告的结果是否与原始数据相符。

【实验重点和难点】
1．固体的体胀系数的理论原理和实验测量方法以 及光杠杆原理； 2．实验数据处理：结果的有效数字、不确定度的 正确表达； 3．光学系统的调节、升温快慢的掌握、镜面角度 的变化对读数的影响等。
【实验内容与步骤】
1．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；
2．调节光杠杆的前后足尖的长度l，将光杠杆的 后足尖置于待测铜管的上端，二前足尖置于固定 台上的沟槽中，镜面竖直放置。
3．在光杠杆前1~1.2m处放置望远镜及标尺架， 调节望远镜及标尺架处于水平且与平面镜等高。
【注意事项】 1.在测量过程中不能碰动线胀系数测定仪，光杠杆及望 远镜的整个系统（打开加热开关时一定要轻），稍有 碰动实验得从头做起；
2. 禁止用手摸反射镜、望远镜的目镜及物镜镜面，实 验结束后要用镜套把镜面套好；
3. 用望远镜读出叉丝横线在标尺上的读数b时，不要压 桌面； 4.该实验在测量读数时是在温度连续变化时进行，因此 读数时要快而准。
光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和标尺 组成的。
由上图可知
L l
b2 b1 2 D
（ 3）
L l L(t 2 t1 )
(b2 b1 ) l 1 2 D L(t 2 t1 )
【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。

【预习抽查问题与思考题】
1. 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？ 2. 本实验中固体的线胀系数测量误差的传递公式 是什么？主要测量误差有哪些？请估算各测量量 的不确定度。 3. 材料线胀系数跟材料的哪些性质有关？ 4. 本实验的测量公式要求满足哪些实验条件？实 验中应如何保证？ 5. 安装、调整仪器时应注意什么？ 6. 安调节光杠杆的步骤是什么？怎样判断望远镜 已处于调好状态？其调节步骤如何？ 7. 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？