金属线膨胀系数的测量上
金属线膨胀系数的测定
金属线膨胀系数的测定教学目的：1.掌握用千分表测量微小位移的方法；2.学习测定金属棒线膨胀系数的方法；3.掌握温控仪的使用方法；4.学习PID 调节的原理；5.通过实验了解参数设置对PID 调节过程的影响。
教学内容：1.绝大多数物质具有热胀冷缩特性，在一维情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。
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。
2.利用千分表和PID 温控仪来测定铜棒和铝棒的线膨胀系数，测量公式为01L L t α∆=⋅∆。
实验要注意的是：千分表应水平放置，千分表要刚刚接触上金属棒，也不能使接触太紧，否则千分表的读数不会发生变化，一旦开始升温及读数，避免再触动实验仪；为减小系统误差，将第1次温度达到平衡时的当前温度T 及千分表读数分别作为t 0和l 0。
重点难点：1.重点：利用千分表和PID 温控仪来测定铜棒和铝棒的线膨胀系数；2.难点：千分表的放置和读数。
教学设计：1.讲述物质膨胀系数特性的应用（5min ）2.讲述线膨胀系数的测量原理（10min ）3.介绍千分表和PID 温控仪的使用和使用注意事项（10min ）4.讲述实验操作步骤，要特别强调将第1次温度达到平衡时的当前温度T 及千分表读数分别作为t 0和l 0（15min ）5.学生自己完成实验，老师辅导（85min ）6.检查学生测量的实验数据（10min ）作业、实验：写一份完整的实验报告。
实验报告要求：通过测量数据描绘Lt ∆∆的直线图，利用图解法求出线膨胀系数α。
金属线膨胀系数的测定（讲稿）大家都知道绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的性质。
这是由于当温度增高时，组成物质的分子间距膨胀增大，这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工中，都必须加以考虑。
否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度，甚至会造成工程结构的毁损，仪表的失灵等。
金属棒线膨胀系数的测量 实验报告
金属棒线膨胀系数的测量实验报告一、实验目的本实验旨在通过一种精密的测量方法，测量金属棒在温度升高时的线膨胀系数。
线膨胀系数是金属材料的重要物理性质之一，对于许多工程应用和科学研究都具有重要意义。
通过本实验，我们可以更深入地理解金属的物理性质，为相关领域的实际应用提供准确的参数。
二、实验原理线膨胀系数是表示金属材料在温度升高时长度增加的物理量。
根据热胀冷缩原理，当温度升高时，金属棒的长度会增大，而当温度降低时，金属棒的长度会减小。
线膨胀系数可以用下式表示：α = (L2 - L1) / (L1 * ΔT)其中，L1 和L2 是金属棒在温度为T1 和T2 时的长度，ΔT 是温度变化量。
本实验中，我们通过高精度的测量仪器，测量金属棒在受热和受冷两种状态下的长度，并计算出线膨胀系数。
三、实验设备加热炉：用于加热金属棒。
光学显微镜：用于测量金属棒的长度。
热电偶：用于测量加热炉内的温度。
数字万用表：用于测量和记录数据。
四、实验步骤在光学显微镜下，测量金属棒在室温下的长度，并记录数据。
将金属棒放入加热炉中，用热电偶测量炉内温度。
慢慢加热金属棒，并每隔5摄氏度记录一次金属棒的长度。
将数据记录在数字万用表上。
在金属棒完全冷却后，再次测量其长度，并记录数据。
使用公式计算金属棒的线膨胀系数。
五、实验结果以下是实验数据记录表：温度(摄氏度)室温下长度(mm)加热后长度(mm)冷却后长度(mm)根据上述数据，我们计算出金属棒的线膨胀系数为(L2 -L1) / (L1 * ΔT) = 0.005/摄氏度。
六、结果分析从实验结果可以看出，金属棒的线膨胀系数为0.005/摄氏度。
这表明当温度升高时，金属棒的长度会增加。
这是由于金属内部的原子在热能的作用下变得更加活跃，导致原子间的间距增大，进而引起金属棒的长度增加。
这个结果与理论预期相符。
此外，我们还可以观察到，随着温度的升高，金属棒长度的增加量逐渐增大。
这说明金属材料的线膨胀系数是随着温度的升高而增大的。
金属线膨胀系数测量实验报告
金属线膨胀系数测量实验报告实验原理：当物体温度升高或降低时，物体的体积或长度也会发生相应的变化，这种现象称为热膨胀。
物体的热膨胀量与温度差、物体材料有关。
热膨胀实验是通过实际测量物体的长度随温度的变化来确定物质的膨胀系数。
实验仪器：恒温水浴，数字万用表，金属线，刻度尺，毫升筒实验步骤：1、实验前要确认金属线的材料、长度和直径，将金属线插入恒温水浴中。
2、加热水浴，记录每隔5℃时金属线的长度和温度，直至金属线的长度接近膨胀极限。
3、每次记录时，应将金属线充分置于水浴中，避免环境温度对实验结果产生影响。
4、分别测量金属线的直径并计算出平均值，根据公式计算出金属线的膨胀系数，并比较不同材料金属线的膨胀系数。
实验数据及处理：材料：黄铜长度：82cm 直径：0.1cm温度（℃）长度（cm）20 81.925 82.230 82.535 82.940 83.2长度变化量ΔL=L-L0=0.3cmΔT=35℃-20℃=15℃α=(ΔL/L0)/ΔT=0.18×10^-5/℃以同样的方法测量了不同材料金属线的膨胀系数，结果如下：材料铁铜钢膨胀系数12×10^-6/℃ 17×10^-6/℃ 10×10^-6/℃实验结论：通过实验数据的测量和处理，依据公式计算，各种金属线的膨胀系数不同，但一般都是10^-5/℃数量级。
黄铜的膨胀系数约为0.18×10^-5/℃。
金属线的膨胀系数与材料有关，比较黄铜、铁、铜、钢的膨胀系数可发现，不同材料的膨胀系数差异较大。
黄铜的膨胀系数较大，而钢的膨胀系数相对较小。
金属线膨胀系数的测定实验报告
金属线膨胀系数的测定实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过测定金属线的膨胀系数，探究金属在受热作用下的膨胀规律，并验证线性膨胀系数的概念。
二、实验原理。
金属在受热作用下会发生线性膨胀，其膨胀量与温度变化呈线性关系。
金属线的膨胀量可用以下公式表示：ΔL = αL0ΔT。
其中，ΔL为金属线的膨胀量，α为线性膨胀系数，L0为金属线的原始长度，ΔT为温度变化量。
三、实验器材。
1. 金属线。
2. 热水槽。
3. 温度计。
4. 尺子。
四、实验步骤。
1. 准备金属线，并测量其原始长度L0。
2. 将金属线固定在支架上。
3. 将热水倒入热水槽中，待温度稳定后，记录水温作为初始温度T1。
4. 将金属线放入热水中，测量金属线的膨胀量ΔL。
5. 记录金属线在热水中的最终温度T2。
6. 根据实验数据计算金属线的线性膨胀系数α。
五、实验数据记录。
1. 金属线原始长度L0 = 1m。
2. 初始温度T1 = 25°C。
3. 最终温度T2 = 75°C。
4. 金属线膨胀量ΔL = 5mm。
六、实验结果分析。
根据实验数据计算得到金属线的线性膨胀系数α为：α = ΔL / (L0ΔT) = 5mm / (1m × 50°C) = 1 × 10^-4 /°C。
七、实验结论。
通过本实验的测定和计算，验证了金属线在受热作用下会发生线性膨胀的规律，并得到了金属线的线性膨胀系数α。
实验结果表明，金属线的膨胀量与温度变化呈线性关系，膨胀系数是一个常数，可用于预测金属在不同温度下的膨胀量。
八、实验注意事项。
1. 在实验过程中要小心热水的温度，避免烫伤。
2. 测量金属线的膨胀量时要注意准确度，避免误差。
九、实验总结。
本实验通过测定金属线的膨胀量，验证了金属在受热作用下的线性膨胀规律，得到了金属线的线性膨胀系数α。
实验结果对于理解金属膨胀规律具有重要意义，也为工程应用提供了重要参考。
以上为金属线膨胀系数的测定实验报告。
金属线膨胀系数的测量(最全版)PTT文档
因为 甚小，故上式二次项以后各项可略去，代回 到（2）式，得
L 2L 1[1(t2t1)] 3
故
L2L1 L
L1(t2t1) L1(t2t1)
4
又 tg L
a
2tg2 nn0
D
L2aDnn0 5
将（5）代入到（4），得
ann0
6
2DL1(t2 t1)
五、实验内容
1 测量前的调整
2、概念
线膨胀——一般情况下，固体受热后长度的增加称 为线膨胀。
线膨胀系数——实验证明，长度为的固体受热膨胀
后，其相对伸长量dL/L与温度变化dt成正比，写成
等式为：
dL dt
1
L
其中，比例系数称为固体线膨胀系数。
3、光杠杆
T:望远镜；M:光杠杆(反光镜)；P:标尺；C:有孔 圆柱体；m,c:金属杆受热膨胀后的光杠杆和圆柱 体 ；a:光杠杆长度；D:光杠杆距标尺距离.
3)记录金属杆的原长 （实验室给出）；
将（2）中
展开成级数，得
Dx x 50 1) 调节光杠杆小镜镜面铅直（目估），保证镜面与望远镜等高共轴；
2)记录室温t1及此时望远镜目镜中叉丝所对准的1 标尺2刻度 ，对金属杆进行加热，温度达到t2时记录望远镜目镜中叉丝所对准的标尺
刻度 ；
其中 和 分x别为室温时上叉丝和中 然后再对金属杆降温，温度达到t2和t1时分别记录标尺的刻度 和 。
金属的线膨胀系数的方法
三、实验装置
反光镜
温度计
加热装置
直标尺
望远镜
四、实验原理
1、背景：
“热胀冷缩”现象是绝大多数物体的共性。 在工程计算、材料的焊接和加工过程中都必须对物 体这种热胀冷缩的特性加以考虑，定量地分析它所 引起的结构变化。 各种材料的热膨胀系数，是定量分析热膨胀问题的 依据，用实验方法测定热膨胀系数，则是最简便的 途径。
金属线胀系数的测量
金属线胀系数的测量1.引言金属材料在物理环境的变化下会产生热胀冷缩的效应，因此，在工业生产和实验研究中要考虑到材料的热膨胀性能。
其中，线膨胀系数是衡量物质在长度方向上的热膨胀的指标。
本文探讨了金属线胀系数的测量方法及其应用。
2.线膨胀系数的定义和计算公式线膨胀系数是指材料在温度变化下单位长度的变化量，通常用α表示。
线膨胀系数可以根据材料的特性来计算，具体计算公式如下：α=ΔL/(L0×ΔT)其中，ΔL表示线材的长度变化量，L0表示线材的初始长度，ΔT表示温度的变化量。
线膨胀系数的单位通常是m/m °C。
3.1 编织网法编织网法是一种相对简单的测量线膨胀系数的方法。
具体操作如下：①先制作一块编织网，其网孔大小应该适合于线膨胀系数的测量。
编织网可用铜网或不锈钢网制作。
②将待测样品嵌入编织网中，并将两端固定在支架上。
③取一个温度计将其固定在样品的中央位置。
④将样品和温度计放入恒温器中，升温至所需温度，使样品达到稳态。
⑤记录样品的长度变化量和温度变化量。
⑥根据线膨胀系数的计算公式计算材料的线膨胀系数。
3.2 拉伸法拉伸法需要使用精密的仪器和设备，比编织网法的测量精度要高。
具体操作步骤如下：①将待测样品插入到仪器的卡槽中，两端各钳紧一个夹具。
②加热样品，同时保持夹具上下的温度相同。
③在进行加热的同时，由于样品被卡在夹具中，因此在材料的线膨胀系数作用下，样品将在长度方向上扩张。
3.3 差异法①将两根相同的样品A和B固定在两个不同的支架上，相隔一段距离，保证两个试样上下温度相等。
②用导线将两个样品连接到直流稳压源上，将其通过电路连接起来。
③在稳定的电流过程中，对试样进行加热，此时会存在两个样品长度的差异，通过测量差异长度就可以计算出材料的线膨胀系数。
4. 线膨胀系数的应用① 材料选择：根据材料的线膨胀系数，可以选择在升温或降温过程中性能更稳定的材料。
② 构件设计：针对长大膨胀系数较大的构件，在其设计中要考虑到升温对构件的影响。
金属线膨胀系数的测量实验报告
金属线膨胀系数的测量实验报告1. 引言大家好，今天咱们聊聊一个既有趣又有点小挑战的实验——金属线膨胀系数的测量。
说到膨胀系数，可能有人会觉得这听起来像是物理学的“黑洞”，其实它一点也不神秘。
简单来说，金属膨胀系数就是当金属受热时，它的长度会发生怎样的变化。
实验的目的是为了找出不同金属的膨胀系数，看看哪个金属最“能忍”，哪个金属最容易变长。
咱们做这个实验，就像是给这些金属进行一次“体检”，看看它们在热胀冷缩这条路上表现如何。
2. 实验材料和步骤2.1 实验材料首先，咱们需要一些基本的材料。
咱们的主角是几根不同的金属线，比如铁线、铜线和铝线。
这些金属线就像是咱们实验的“演员”，每种金属都有它自己的特性。
除此之外，还需要一个高精度的测量工具，最好是游标卡尺，因为这玩意儿可得精确到小数点后几位。
还有温度计，咱们可得精确测量温度，不然实验结果就成了“无根之谈”。
2.2 实验步骤好啦，咱们正式开始实验吧！首先，把每根金属线的长度测量出来，记住这个长度就像是它的“身份证号”。
然后，把金属线固定在一个支架上，像安放一根“铁杵”一样。
接着，用加热装置慢慢升温，观察金属线的变化。
别着急，慢慢加热，以免搞得一团糟。
当温度升高时，咱们得定时用游标卡尺重新测量金属线的长度。
最后，降温后再测量一遍，看看金属线的长度有没有恢复到原来状态。
这样一来，就能通过比较不同金属线的长度变化，计算出它们的膨胀系数。
3. 实验结果与分析3.1 数据记录在实验过程中，咱们记录了每种金属线的长度变化。
比如，铜线可能比铁线膨胀得更多，铝线则可能最能“忍耐”。
这些数据就像是咱们金属线的“成长日记”，每一点变化都记录下来了。
通过这些数据，咱们可以计算出每种金属的膨胀系数。
这个过程有点像是在解数学题，但只不过是给金属“加点温暖”，看它们怎么反应。
3.2 结果分析分析结果时，咱们得先搞清楚什么是膨胀系数。
简单来说，就是单位温度变化下，金属长度的变化量。
金属线胀系数的测定实验报告
金属线胀系数的测定实验报告
本实验旨在测定金属线的线胀系数，了解金属线的热膨胀特性。
实验原理：
金属线热膨胀的原理是，当金属受热时，其分子内部的热运动增强，分子之间的距离也随之增大，从而导致物体的尺寸扩大，即产生热膨胀现象。
金属线的线胀系数是指在单位温度变化下，金属线长度增加的比例。
实验器材：
1.金属线
2.测温仪
3.皮尺
4.温度计
5.实验台
实验步骤：
1.将金属线固定在实验台上，用皮尺测出金属线的长度。
2.将测温仪夹在金属线上，并将温度计插入测温仪中，记录下此时的温度。
3.将热水放入容器中，在温度计显示为100℃时，测量金属线的长度，并记录下此时的温度。
4.根据所得数据计算出金属线的线胀系数。
实验结果：
测得金属线初始长度为10cm，温度为20℃；在100℃下，金属
线长度为10.5cm。
根据公式：线胀系数=（ΔL/L）/ΔT
其中，ΔL为金属线的长度变化量，ΔT为温度变化量。
则可得出线胀系数为：（0.5/10）/（100-20）=0.00025/℃
实验结论：
通过实验得出金属线的线胀系数为0.00025/℃。
这说明在一定温度范围内，金属线的长度会随温度的升高而增大，具有热膨胀的特性。
掌握金属线的线胀系数能够为工程设计提供重要的参考依据，特别是在高温环境下工作的机器和设备的设计中更为重要。
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由式 bk 即可求出被测金属的线膨胀系数。
2DL 可编辑1 ppt
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注意事项
1. 实验前不要按“加热”开关，以免为恢复加热前温 度而延误实验时间，或因短时间内温度忽升忽降而影 响实验测量的准确度。
2. 做完实验后要将平面反光镜取下放在桌子上。将温 度控制器的加热开关和电源开关关闭，并将其与电源 断开。
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1
热胀冷缩，是我们熟知的一种宏 观现象，但是这种现象怎么产生 的呢？？？
从微观来看， 物质内部的分子永远都在不停地运动， 而分子热运动强弱的不同，使得绝大部分物质都具有 “热胀冷缩”的特性，当温度升高时，由于分子的热运动， 固体微粒间的距离增大，结果使得固体膨胀。
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在一般情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。
线胀系数为：
N .b 2DL1t
N2 N1 b 2DL1(t2 t1 )
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实验内容 仪器的调整： （1） 光杠杆的两前足放在平台的槽中，后足立于金属杆的 顶端，望远镜及标尺放在光杠杆前约1.5m处，望远镜筒与 反射镜等高。粗调光杠杆平面镜使法线大致与望远镜同轴， 且平行于水平底座。
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测量数据
（1）记下铜管长度L及初温 尺像的刻线数值N0 。
t0，读出望远镜中十字叉丝处标
（2）将加热器的调节电位器置于最大电阻处，接通加热器
电源，调节电位器旋钮，使指示灯发出微弱的光亮（注意
控制升温速度，指示灯越亮加热速度越快）。
（3）加热过程中温度每增加 3 时记录一次温度值 ，并同时 读出望远镜中十字叉丝处标尺像的刻线数值 ，共记录18组 数据，读数时要迅速而准确。升温过程测量完毕时，要停 止加热并关掉电源。
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光杠杆放大原理图
当反射镜转动θ角时（很小），金属杆伸长量满足： sin L
b
反射镜反射光线转动了2θ角度，则： tg2 = N
D
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由于θ角很小，所以
sin L
b
tg2 = N 2
D
由以上两式消去θ得： L N b 2D
N 2D .L K.L b
式中D为标尺到平面镜的垂直距离，b为光杠杆后足尖到 二前足连线的垂直距离 。K=2D／b是光杠杆的放大倍数。
组来对其进行测量。
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利用光杠杆测量微小长度的原理
光杠杆系统由望远镜及标尺和光杠杆反射镜组成，实验时，
将光杠杆反射镜后足尖置于金属杆上端，二前足尖放在平
台的槽中。设在温度t1时，通过望远镜和光杠杆的平面镜， 看见直尺上刻度N1，刚好在望远镜中叉丝横线处，当温度 升至t2时，直尺刻度N2移至叉丝横线上。
在相同的条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程 度各不相同。
线膨胀大小与温度变化的关系： 固体的长度一般是温度的函数，随温度升高而增加， 其长度L和温度t之间的关系为：
L L0 (1 t t 2 )
式中L0为温度t=0℃时的长度，α、β是和被测量物 质有关的常数，都是很小的数值，而β以下各系数 和α相比甚小，所以在一般情况下可以忽略。
（2） 细调光杠杆系统的光路。先用眼睛在望远镜筒外找到 平面镜中标尺的像；然后缓缓地变动平面镜法线方向，使 眼睛观察像的方位逐渐与望远镜的方位一致；这时再从望 远镜内观察标尺的像，并稍作调整使观察到的像为望远镜 附近的标尺刻度的像。
（3）调节望远镜。①调节目镜看清十字叉丝；②调节镜筒 中部的调焦旋钮，使标尺成像清晰且与叉丝无视差。此刻 若眼睛略微上下移动，标尺像与叉丝没有相对移动。
3. 做完一次实验之后要等到线膨胀系数测定仪及待测 金属管冷却到室温之后才能进行下一次实验。
4. 在实验过程中，读取数据时一定要提前准备读数， 不能等温度到达计数点时在跑去读数。
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上式简化为：
L＝L0（1＋αt） 此处的α就是要测量的金属线膨胀系数，其数 值与材料性质有关，单位为℃－1
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实验目的
学习用光杠杆法测定线膨胀系数的原理。 掌握调整光杠杆和望远镜的基本要领。 学习游标卡尺测长度的方法。
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实验原理
设物体在t1℃时的长度为L1，温度升到t2℃时增加 了ΔL。根据式可以写出
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数据记录与处理
1、测量Ni 的数据表格及计算不确定度UN、Ut 。 2、 其它直接测量数据及不确定度 3、利用下式计算金属线膨胀系数的相对不确定度 4、求出金属线胀系数 的标准不确定度 ，并写出它的结果 表达式。 5、用坐标纸作出该实验的N-t关系图，并利用该图求出直 线的斜率： 以t为横坐标，N为纵坐标，由表格中（ti，Ni）数据对作 一条直线，求得直线的斜率k,即：
（4）用钢卷尺测量光杠杆平面镜镜面到标尺间的距离D。望 远和镜x2分的别倍为率望取远10镜0,可中以上用下公十式字D叉=丝50在|x1标-x尺2|直中接的算位出置。。式中x1
（５）取下光杠杆放在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹，用铅 笔通过前两足迹联成一直线，再由后足迹引到此直线的垂 线，用游标卡尺测出垂线的距离b。
L1＝L0（1＋αt1） L1＋ΔL＝L0（1＋αt2） 从上式中消去L0后，再经简单运算得 ：
L1(t2
L t1 ) Lt1
由于ΔL<< L1，故上式可以近似写成：
L L1(t2 t1 )
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固体线膨胀系数的物理意义是当温度变化1℃ 时，固体长度的相对变化值。在上式中，L1、 t1、t2都比较容易测量，但ΔL很小，一般仪器 不易测准，本实验中用光杠杆和望远镜标尺