金属线胀系数测定

金属线胀系数的测定

目录１、概述……２２、实验原理………………３３、实验步骤………………５４、教学要求……………１１５、重点与难点…………１２６、预习思考题…………１３７、思考与讨论…………１４1概述为了定量的描述固体材料的热胀冷缩特性，在物理学中引进了线胀系数的概念。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，而且对晶体而言，其热膨胀还有各相异性；如石墨受热时，沿某些方向膨胀，而沿另一些方向则收缩。金属是晶体，但由于它们是由许多晶粒构成的，而且这些晶粒在空间方位上的排列是无规则的，所以，金属整体表现出各相同性，或称它们的线膨胀在各个方向均相同。

材料的线膨胀系数的数据是工程设计所需考虑的重要参数之一。比如：在组装电子元件时，组装形态会由于基板受热后的胀缩应力对元件产生影响，如果热膨胀系数不同，这个应力会很大，造成元件接合部电极的剥离，降低产品的可靠性；在制造精密仪器时就要用线膨胀系数很小的材料；当两种材料焊接在一起时就要考虑膨胀系数是否相等或相近，否则一旦温度改变，焊接处就会产生松动或断裂等问题；因此必须对材料的线膨胀系数进行测定。

除了电子工业部门以外，在建筑工程、机械装配等部门中都需要考虑固体材料的热膨胀。所以，测定固体的线膨胀系数有着重要的实际意义。2实验原理热膨胀原理：当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数来衡量。当温度变化不大时可用平均线胀系数α来描述。即

式中L１和L０分别为物体在温度t1和t0时的长度，一般固体材料的α值很小，所以ΔL＝L1－L０也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准ΔL的问题，所以本实验用光杠杆放大系统来测量它。热传导和热平衡原理：温度总是从高温往低温传递，因此只要存在温差就会有热传导在进行，那么就不会处在平衡的状态。从观察方法来看，当温度不变时就表明系统处于热平衡的状态。只有在平衡状态下测出的温度和刻度才能相对应。动态平衡：指温度在某一个小范围内波动（一般不超过0.5度）。当温度达到最大时可能会有1-2分钟的平衡。

3光杠杆法放大原理4实验步骤１、摆正线胀系数仪，然后将光杠杆放好，调好镜面的竖直度。２、调整镜尺组与光杠杆的距离，然后调整支架的位置使望远镜与标尺互为对称。接着调节望远镜光轴的水平度，调节角度使镜头对准镜子，调节高度使它与镜子等高，再调焦可以分别看到标尺的像和镜子的像。３、结合调节目镜和物镜，使叉丝和标尺的像同时清晰，然后调零。并记下短叉丝对应的刻度值，即B1、B2的值，紧接着按照温度变化规律从低到高分次进行加热，并等待温度达到平衡时记下温度t的值和标尺N的值，切记要断电不要一直加热。４、最后再用游标卡尺测出光杠杆的前后足的距离h的值，注意：要把光杠杆取下来，压在一张白纸上，压出三个足痕，把前两足的足痕连成线，后足描黑，卡尺的刀口一边与前足连线重合，另一边与后足重合，即可。5光杠杆的放置6对称的调节7调零测B的值8加热方法图示初始状态加热状态，加温指示灯亮停止加热，加温指示灯灭，温度继续上升，在温度下降之前读出最高温度t及与之相对应的N值。9游标卡尺的读数规则

下图所示游标卡尺的主尺读数为12.3cm，游标的读数为0.096cm，所以测量值为12.396cm10教学要求理解线胀系数的物理意义理解光杠杆法测量微小变化量的原理掌握光杠杆放大系统装置的调节方法掌握用最小二乘法处理数据用坐标纸作出N－t关系曲线图11重点与难点重点就是要掌握光杠杆放大系统的测量原理和装置的调节方法。难点是装置的调节，克服的办法是每一个调节步骤都要做到位。也就是说，如果镜面不竖直就无法调节对称，而调节对称要正确使用准星；如果不对称就无法在望远镜中看到标尺的像；另外，如果望远镜没有对好镜子也无法看到标尺的像。12预习思考题１、公式成立的条件是什么?２、在用光杠杆法测量ΔL的过程中，怎样才能正确地迅速地从望远镜中找到标尺的像？３、本实验没有直