固体热膨胀系数的测量实验报告

固体热膨胀系数的测量

实验报告

Revised as of 23 November 2020

固体热膨胀系数的测量

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一、实验目的

测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。

二、仪器及用具

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)

三、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

()12t t L L -=∆α （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：

()

12t t L L

-∆=

α

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：

带入（2）式得固体线膨胀系数为：

四、实验步骤及操作

1.单击登陆进入实验大厅

2.选择热力学试验单击

3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面

4.在实验界面单击右键选择“开始实验”

5.调节平面镜至竖直状态

6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读数为,并打开望远镜视野

7.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

l

L

D b b ∆=-212()D

l

b b L 212-=

∆()()k

DL

l

t t DL b b l 221212=--=

α

8.单击卷尺，分别测量l、D，

9．以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率。

10.代入公式计算线膨胀系数值。

由图得k=

五、实验数据记录与处理

六、思考题

1．对于一种材料来说，线胀系数是否一定是一个常数为什么

答：不是。因为同一材料在不同的温度区域，其线性系数是不同的，有实验结果的事实可证明。

2．你还能想出一种测微小长度的方法，从而测出线胀系数吗？

答：目前想不到更好地方法。

3. 引起测量误差的主要因素是什么？

答：仪器的精准度，操作过程中的不可避免性的失误，温度变化的控制，铜棒受热不均匀等。