实验2金属线膨胀率的测量.doc

实习2 金属线膨胀率的测量【目的与要求】1. 学习光杠杆镜尺法测量微小长度变化的原理的调节方。2. 测量金属在某一温度区域内的平均线膨胀率。【原理】 一般固体在温度升高时将产生膨胀，它的体积或长度将发生变化，这就是固体的热膨胀。实验表明，固体物质的温度由To升高到T时，其伸长量L=Lt-Lo与与原长度Lo，温度变化量（T-）成正比。即 Lo（T-）式中，比例常数称为固体的线膨胀率，它表示当温度升高1时固体的相对伸长，实际上精密测量结果表明，线膨胀率随温度稍有变化，即随温度的升高而变大。 +.但是，对大多数固体来说，在温度变化不太大的情况下，a近似地可以看作为常数，由式2-5可得=L/ L0（T-T0）固体线膨胀率很小，其数量在1010.对线膨胀率a的测量，归结为对温度，T，绝对伸长量L及原长Lo的测量。在较低的温度范围，例如：从室温到100，T，可用一般水银，酒精温度计测量。然而，L是一个微小变化量，可用光杠杆镜尺法进行放大测量L =（bxi/2D），则本实验测量铜棒的线膨胀率为=bXi/2L0(T-T0)【仪器】线膨胀仪、蒸汽发生器D、电炉E、光杠杆F（如图2-5所示）、望眼镜（附标尺）、钢皮卷尺、温度计。线膨胀仪简介：线膨胀仪有各种形式，这里介绍一种。如图2-5所示，待测金属棒A置于一金属管中央，管的两端用软木塞封闭。金属管外有保温套B，金属管的中间有一插孔可插入温度计C，上、下端附近各有一根管子，供蒸汽对待测金属棒加热。在棒的下端由垫块顶住，在棒的上端放置光杠杆的后足，光杠杆的前足置于支架的沟槽内。当棒受热膨胀，顶起光杠杆后足使镜面偏转，由正前方的望远镜（图中未画出）和标尺读出Xi。【实验内容和步骤】1. 按直接测量工作流程，测出待测金属棒在室温下的长度L0，b并确定L0，然后按图2 5安装，放置好仪器，正前方放置望远镜和标尺。待测棒与下端垫块间应紧密接触，轻轻地插入温度计，使它正好抵住金属棒。调节望远镜上、下位置使它和光杠杆处于同一高度上。调节望远镜三角支架的脚底螺丝，使望远镜大致水平，标尺大致铅直。2. 加热与测量（1）调整好仪器后，记下望远镜中叉丝对准的标尺读数t0.（2） 加热蒸汽发生器，待线膨胀仪下端管口G有蒸汽喷出并有水滴滴出后，注意观察温度计上升情况和望远镜中读数变化情况，当温度计指示值在小于等于100附近稳定不变时，记下t值，同时从望远镜中读出x值，切断电源停止加热蒸气发生器3. 测出望远镜标尺与光杠杆镜面之间的距离D4. 将金属棒取出，用自来水降温，使之降至室温后擦干，重复上述各步骤再测一次。【数据处理与分析】按间接测量工作流程图的要求，分别算出两次测量所得的铜棒的线膨胀率a，并进行误差估算，写出测量结果。【注意事项】（2） 光杠杆、温度计是易碎的仪器，在安装仪器的过程中要小心爱护，不能用手去摸光杠杆的镜面，如镜面不洁，只能用专用擦镜纸轻擦。（3） 在用蒸汽加热的过程中，不能碰动线膨胀仪和望远镜。【实验数据】次数123D（cm）167.6167.7167.8Lo (cm)50.0050.0050.0XoToXtTt3.8cm47.04.7cm80【预习思考题】1.光杠杆镜尺法利用了什么原理，有什么优点？2.望眼镜怎样才算调好了？怎样测读x,第二次测量时如何测读L。？3.推导出E及计算式。 【分析讨论