大学物理仿真实验报告

固体线膨胀系数的测量

院系名称：  信息科学与工程                      

专业班级：  电信1006                         

姓    名：    和                           

学    号：  201046831114                         

固体线膨胀系数的测量

一、实验目的

1、知道分光计结构及使用方法，会调望远镜光轴垂直仪器；

2、了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用。

3、学习用光杠杆法测量微小长度变化，会测定金属棒的线胀系数；

二、实验原理

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，设物体加热后，物体伸长了,则有上式表明，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。 体膨胀是材料在受热时体积的增加，即材料在三维方向上的增加。体膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1K所引起的物体体积的相对变化，。一般情况下，固体的体胀系数 为其线胀系数的3倍，本实验主要介绍固体线膨胀系数的测量方法。

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，则线膨胀系数满足：

即

上式中△L是个极小的量，我们采用光杠杆测量。

光杠杆法测量△L ，如下图（见教材杨氏模量原理）

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

则固体线膨胀系数为：

三、实验仪器

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。

四、实验内容及步骤

1、在实验界面单击右键选择“开始实验”

2、调节平面镜至竖直状态

3、打开望远镜视野，并调节方位、聚焦、目镜使得标尺刻线清晰，且中央叉丝读数为0.0mm

 

4、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

5、单击卷尺，分别测量l、D 

6、以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率k

五、实验数据记录与处理

b随t的变化表

由图知：K=0.376 mm/°C   

得到固体线膨胀系数为1.25×10 ^-5

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；同种材料在不同的温度区域线胀系数不同，如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近会出现线胀系数的突变。

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：能，比如：可以使用用分光计测量。

3．    引起测量误差的主要因素是什么？

答：大部分是由机械，仪器等因素引起的系统误差。

 

第二篇：(土木1108班 张云峰)仿真实验报告-固体线膨胀系数的测量

大学物理仿真实验报告

固体线膨胀系数的测量

院系名称：  土木建筑学院                 

专业班级：土木工程1108班               

姓    名：     张云峰                      

学    号： 201114010814                   

固体线膨胀系数的测量

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．  学习测量金属棒的线膨胀系数。

二、实验原理

固体的线膨胀系数和体膨胀系数是固体热学特性的重要参数，通常体膨胀系数是线膨胀系数的3倍左右，本实验主要介绍固体线膨胀系数的测量方法。

线膨胀是指材料在受热膨胀时，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，则线膨胀系数满足：

  即

上式中△L是个极小的量，我们采用光杠杆测量。光杠杆法测量△L ：如下图（见教材杨氏模量原理）

1.        

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 

                   即            

则固体线膨胀系数为：

三、实验仪器

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。

四、实验内容及步骤

1、在实验界面单击右键选择“开始实验”

2、调节平面镜至竖直状态

3、打开望远镜视野，并调节方位、聚焦、目镜使得标尺刻线清晰，且中央叉丝读数为0.0mm

        

4、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。

         

5、单击卷尺，分别测量l、D

     

     

    

6、以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率k

7、代入公式计算线膨胀系数值

有图得K=0.0374

 

                                  =1.21x10-5 /C

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：平面镜的多次反射。高中时为了看到物体受力时的形变量而做过的实验。

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。