固体线热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
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。
大学物理仿真实验报告 固体热膨胀系数的测量
实验项目名称：固体热膨胀系数的测量一、实验目的1．了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用。
2．学习用光杠杆法测量微小长度变化。
3．学习测量铜棒的线膨胀系数。
4. 学习图示法处理数据二、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ΔL,则有2．线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。
光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。
光杠杆放大原理如图1.2.1-1所示。
当金属杆伸长时，从望远镜中可读出待测杆伸长前后叉丝所对标尺的读数b1，b2这时有放大公式的推导参看第一册实验5.3.1三、实验仪器热膨胀系数测定仪、尺度望远镜、光杠杆、温度计、电源开关、调节温度、指示灯、铜棒、米尺。
四、实验内容及步骤线胀系数的测定（1）仪器调节：实验装置图如图1.2.1-1所示。
实验时，将待测金属棒直立在线胀系数测定仪的金属圆筒中，棒的下端要和基座紧密相连，上端露出筒外，装好温度计，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足尖置于固定台上。
在光杠杆前1m左右放置望远镜及直尺。
调节望远镜，直到看清楚平面镜中直尺的像，反复调节，使标尺成像清晰，且叉丝也清晰，并使像与叉丝之间无视差，即眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。
（2）读出叉丝横线在直尺上的读数n1，记录初温t1，蒸气进入金属筒后，金属棒迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，读出望远镜叉丝横线所对直尺的数值n2，并记下t2。
（3）如果线胀仪采用电加热，测量可从室温开始，每间隔10℃计一次t和n 的值，直到t达90℃。
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。
固体热膨胀系数的测量实验分析报告
固体热膨胀系数的测量实验分析报告实验目的：测量固体的热膨胀系数。
实验原理：固体的热膨胀系数是指单位温度变化时单位长度的线膨胀量。
根据热膨胀原理，当固体受热时，其温度会升高，分子间的热运动增加，导致固体的体积扩大；反之，固体受冷时，温度降低，分子间的热运动减小，导致固体的体积减小。
实验中通过测量固体在不同温度下的长度变化，可以确定固体的热膨胀系数。
实验仪器和药品：1.固体样品（例如：金属棒）2.刻度尺3.温度计4.温水槽实验步骤：1.准备固体样品，选取一个具有良好导热性能的样品，例如金属棒。
2.在固体样品的两端分别固定一个刻度尺，确保刻度尺能够垂直于样品，并能够准确读数。
3.准备一个温水槽，将温水槽中的温度调整到较低温度，并记录下该温度。
4.将固体样品的一端放入温水槽中，让其与温水接触，使其温度逐渐上升。
5.当固体样品的温度稳定在一个值时，记录下该温度和此时固体样品两端刻度尺上的刻度值。
6.重复步骤4和步骤5，直至固体样品温度达到最高温度，同时记录下所有温度和相应的刻度值。
7.将温水槽中的温度调整到较低温度，实验完成。
数据处理与结果分析：1.将实验数据整理成表格，表格中包括温度和相应的刻度值。
2.对每个温度和刻度值计算相应的长度值。
3.根据固体样品的初始长度和相应温度下的长度值，计算出固体样品在每个温度条件下的线膨胀量。
4.绘制出温度和线膨胀量之间的折线图。
5.利用得到的实验数据，根据公式计算固体的热膨胀系数。
6.对实验结果进行分析和讨论，比较不同温度下固体的热膨胀系数的大小差异，分析可能的影响因素。
实验注意事项：1.实验过程中要注意安全，避免烫伤和意外发生。
2.在记录刻度值时要保持准确性，尽量避免因误差导致实验结果的不准确。
3.在测量固体样品长度时要保持样品处于稳定不受外力影响的状态。
4.温度的控制要稳定，确保固体样品温度的准确性。
5. 在计算热膨胀系数时，要注意单位的一致性，通常使用℃和mm。
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实验报告
固体线胀系数的测定实验报告固体线胀系数的测定实验报告引言：固体线胀系数是材料热胀冷缩特性的重要指标之一。
通过测定材料在不同温度下的线胀变化，可以确定材料的线胀系数，为材料的热胀冷缩行为提供重要参考。
本实验旨在通过测定铝棒在不同温度下的线胀变化，计算出铝的线胀系数。
实验步骤：1. 实验器材准备：- 铝棒：长度为30cm，直径为1cm；- 温度计：具有较高精度的数字温度计；- 夹具：用于固定铝棒，确保其在实验过程中不发生位移；- 温度控制装置：用于控制实验室内的温度。
2. 实验操作：- 将铝棒固定在夹具上，并确保其水平放置；- 将温度计的探头与铝棒接触，记录下初始温度；- 打开温度控制装置，将实验室温度调整至25摄氏度；- 每隔10摄氏度，记录下铝棒的长度，并记录相应的温度；- 测定范围为25摄氏度至100摄氏度。
数据处理：根据实验数据，我们可以计算出铝的线胀系数。
线胀系数（α）的计算公式为：α = (ΔL / L0) / ΔT其中，ΔL为铝棒的长度变化量，L0为初始长度，ΔT为温度变化量。
我们可以根据测定的数据，绘制出铝的线胀系数与温度的关系曲线图，并通过拟合曲线，得到更精确的线胀系数。
结果与讨论：根据实验数据，我们得到了铝的线胀系数与温度的关系曲线图。
从图中可以看出，在温度升高的过程中，铝的线胀系数逐渐增大。
这是因为随着温度的升高，固体分子的热运动增加，分子间的距离扩大，导致材料的线胀。
而铝的线胀系数相对较小，说明铝具有较好的热胀冷缩性能。
通过拟合曲线，我们得到了铝的线胀系数为0.0000225/℃。
这一数值与文献值相符合，说明实验结果较为准确。
结论：通过本实验，我们成功测定了铝的线胀系数，并得到了较准确的结果。
线胀系数是材料热胀冷缩特性的重要指标，对于工程设计和材料选用具有重要意义。
本实验为我们提供了一种简单有效的测定固体线胀系数的方法，并且验证了铝的线胀系数与温度的关系。
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。
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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。
其中电加热箱结构见图2,
图2 ?电加热箱
1．托架2.隔热盘A 3.隔热顶尖4.导热衬托A 5.加热器?6.导热均匀管
7.导向块8.被测材料9.隔热罩10.温度传感器? 11.导热衬托B? 12.隔热棒
13.隔热盘B 14.固定架15.千分表16.支撑螺钉17.坚固螺钉
3.温控仪面板结构
图3 ?温控仪面板
4. 温控仪的操作方法
（1）打开温控仪电源开关，面板数字显示为FdHc，表示生产公司产品的符号。
随即自动转向A××.×，表示当时传感器温度。
b= =.=表示等待设定温度。
（2）按升温键，数字即由零逐渐增大至所需的设定值，最高可选80.0℃。
（3）如果数字显示值高于所需要的温度值，可按降温键，直至所需要的设定值。
（4）当数字设定值达到所需的值时，即可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯亮，发光频闪与加热速率成正比。
（5）确定键的另一用途可作选择键，可选择观察当时的温度值和先前设定值。
（6）如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。
温控仪的主要技术参数：
（1）温控仪的仪表读数分辨率：±0.1℃；
（2）温度控制分辨率：样品加热炉内空间温度达到平衡时，温度不均匀性≤0.3℃；
（3）温度控制范围：室温至80℃；
（4）伸长量测量分辨率：0.001mm，最大测量范围为0-1mm；
（5）被测金属样品为直径8mm，长为400mm的圆棒。
【实验步骤】
1. 仪器的安装和调试
（1）接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的插头；
（2）旋松千分表固定架螺栓，转动固定架至使被测样品(Ф8×400mm金属棒)能插入紫铜管内，再插入隔热棒(不锈钢)用力压紧后转动固定架；
（3）把安装千分表安装在固定架上，并且扭紧螺栓，不使千分表转动，在安装千分表时注意被测物体与千分表测量头保持在同一直线;再向前移动固定架，使千分表读数值在0.2—0.4ｍｍ处，固定架给予固定。
2. 数据测量
稍用力压一下千分表测量端，使千分表测量头能与隔热棒有良好的接触，再转动千分表圆盘，使指针指向零。
接通温控仪的电源,设定需加热的值，一般可分别设定温度为40.0℃、50.0℃、60.0℃、70.0℃，按确定键开始加热,同时记下显示的温度值，即为初始温度值。
当温控仪的显示值上升到大于设定值，电脑将自动控制温度到设定值(正常情况下在±0.3℃左右波动三次以上后，可认为金属棒的温度达到了设定值)，分别记录每个温度对应的千分表
读数、、、.
3. 旋转千分表固定架螺栓，调整固定架位置，更换金属棒。
重复以上实验过程，将不同金属棒在设定温度范围内的伸长量记录在表１中。
【数据记录及处理】
表1. 不同设定温度下千分尺的读数
温度℃40.0 50.0 60.0
70.0
千分表读数△L 铁棒铜棒铝棒
L=400 mm℃初始温度T1 1. 计算三种金属线膨胀系数并写出结果表达式：
2. 在同一平面直角坐标系中用作图法分别表示出铁棒、铜棒、铝棒受热后伸长量与其温度增加量之间的函数关系。
以T为横轴,△L/L为纵轴,用所测得数据在坐标系中描点，作
直线，使同种材料测得的数据点尽量靠近所作直线。
3. 分别计算并比较铁棒、铜棒、铝棒的值。
即所作直线的斜率，任取直线上两点进行计算。
并将测量值分别与各自的理论值相比较。
4. 计算每种金属线热膨胀系数的百分差，并进行误差分析。
【注意事项】
1.实验中仪器整体要求平稳，因被测物体伸长量极小，故仪器不应有振动；读数时不要挤压桌面。
2.千分表安装须适当固定且与隔热棒有良好的接触(读数在0.2—0.4ｍｍ处较为适宜)，然后再转动表壳校零.
3.样品两端不得有污垢，安装样品应稳妥；
4.被测物体与千分表探头的高度需保持在同一直线。
附表1 固体的线热膨胀系数理论值
温度范围（0－100℃）?? 单位：℃
铝：23.8×10;铜：17.1×10;铁：12.2×10.。