仿真实验固体线膨胀系数的测量.docVIP

仿真实验固体线膨胀系数的测量

实验项目名称：固体热膨胀系数测量

实验目的

了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用。

学习用光杠杆法测量微小长度变化。

学习测量铜棒的线膨胀系数。

学习图示法处理数据。

实验原理

材料的热膨胀系数

各种材料热膨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膨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△L,则有

（1）

α1=△L／L(t2-t1)（2）

2.线胀系数测量

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。

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书n1,记录初温t1,蒸汽进去金属筒后，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，测量课从室温开始，每间隔10℃记一次t和n的值，直到t达90℃。然后逐渐降温，重复测以上数据。

（4）测量直尺到平面镜间距离D，将光杠杆在白纸上轻松压出三个足尖印痕，用游标卡尺测量其后足尖到两前足尖连线的距离。

（5）以t为横坐标，n为纵坐标做出n–t关系曲线，求直线斜率K,并由此计算α1。

（6）用最小二乘发求直线斜率K，并计算α1的标注误差

五、实验数据记录与处理

测得光光杠杆后单足到前双足的垂直距离b=6.20cm,镜面到标尺的水平距离D=196.90–8.40=188.50cm。铜丝长度L=50.71cm

温度t/℃

10

20

30

40

50

60

70

80

90

望远镜示数n/mm

0

3.3

7.2

11.0

14.9

18.7

22.4

26.1

29.8

根据公式α1=Nb／2DL△t

得α1=1.22×10-5(℃-1)

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，其线性膨胀系数是不同的。

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：可以采用光学干涉法来测量线膨胀系数。

3.引起测量误差的主要因素是什么？

答：①仪器的精准度不够；②实验环境的影响；③测量物体的材料不纯净等。