实验三金属线膨胀系数的测定光杠杆法ppt课件.ppt

一般物质都有热胀冷缩的特性 在相同的条件下 不同的金属其膨胀程度是不同的 通常用膨胀特性 线膨胀系数的测定 关键是测量金属受热后微小长度的变化 一般用光杠杆法 螺旋测微法或测量显微镜法等进行测定 本实验用光杠杆法测定金属线膨胀系数的方法 实验三 金属线膨胀系数的测定 光杠杆法 1 实验三 金属线膨胀系数的测定 光杠杆法 实验目的实验内容实验重点实验仪器设备及材料实验原理 实验步骤数据处理注意事项思考与讨论 2 一 实验目的1 掌握线张系数的一种测定方法 2 进一步掌握光杠杆测定微小长度变化的原理 二 实验内容用光杠杆法测定金属棒的线张系数 三 实验重点1 学习光杠杆测定微小长度变化的原理 2 学习尺度望远镜的调节 3 加热到稳定的温度后 方可利用公式计算金属棒的线张系数 四 实验主要仪器设备及材料 线胀系数测定仪 光杠杆 尺读望远镜 钢卷尺 游标卡尺 温度计 蒸汽发生器 3 4 五 实验原理1 金属线胀原理固体的长度一般是温度的函数 在常温下 固体的长度L与温度t有如下关系 1 式中为固体在t 0 时的长度 称为线膨胀系数 其数值与材料性质有关 单位为 设物体在 时的长度为L 温度升到 时增加了 根据 1 式可写出 2 3 从 2 3 式消去后 再经简单运算得 4 5 由于 L 故 4 式可近似写成 5 显然 固体线膨胀系数的物理意义是当温度变化1 时 固体限度的相对变化值 在 5 式中 L 均易测量 但很小 一般仪器不易测量准 本实验中用光杠杆和望远镜标尺组来对其测量 6 7 2 金属线膨胀系数测定仪图1为金属线膨胀系数测定仪外形图 待测金属棒直立在仪器的金属圆筒中 光杠杆的后足尖至于金属棒的上顶端 两前足置于固定平台的凹槽中 当金属棒温度升高时 则光杠杆后脚尖升高 使光杠杆偏转一角度 若光杠杆两前脚尖距离为h 因较小 可有 8 设在温度时 通过望远镜及光杠杆的平面镜 看到标尺上的刻度恰好与目镜中十字叉丝横线重合 当温度升到时 与叉丝横线重合的是标尺上的刻度 令D是光杠杆镜面到标尺的水平距离 h为光杠杆后足尖到两前足尖联线的垂直距离 从图2中可得 9 当角很小时 有即 6 将式 6 代入式 5 得 7 10 六 实验步骤1 在室温下 用测量待测金属棒的长度L 5次 取平均值 2 将金属棒插入仪器的金属筒中 注意 棒的下端要和基座紧密接触 3 插入温度计 居中适宜 小心轻放 以免破损 4 将光杠杆放置到仪器平台上 其后足尖踏到金属棒的顶端 两前足尖置于固定平台的凹槽中 光杠杆的平面镜面要调到铅直方向 11 5 望远镜和标尺组要置于光杠杆前1米外距离 首先进行目视粗调 a光杠杆的放置 后足 样品上 镜面竖直 b调节望远镜中轴与光杠杆镜面中心等高c调节标尺的零刻度线大致与望远镜中轴等高d调整望远镜的位置 沿着瞄准器和准星 人能看得到镜子中尺子的像 e调节物镜焦距 看清镜子 将镜子调整到望远镜视场的中央 继续调焦距寻找标尺 6 寻找标尺 调节目镜 物镜焦距看清标尺 并通过调节光杠杆的镜面 使标尺的零刻度线大致与视场的水平线重合 12 7 记下标尺的读数和初温 8 加热蒸汽锅 将蒸汽通入金属筒中 待温度计的读数稳定后 记下温度以及读出望远镜中标尺的读数 9 停止加热 在降热过程中 再次读数 记录最高温度以及读出望远镜中标尺的相应读数 记录最低温度和读出望远镜中标尺的相应读数 10 光杠杆镜面到标尺的水平距离D 5次 11 取下光杠杆放在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹 用铅笔通过前两足痕联成一直线 再由后足痕引到此直线的垂线 用游标卡尺测垂线的距离h 5次 13 12 数据记录 1 测量D L h 14 2 测金属棒的线胀系数 望远镜中标尺读数d 15 七 数据处理1 对于金属棒1 数据处理如下 a 图解法 分别把测量的低温数据和高温数据求平均 即 在坐标纸上 以温度为横坐标 望远镜中标尺的读数为纵坐标 描出低温时点A 和最高温度点B 两点 16 b 计算斜率及斜率的不确定度 根据斜率公式 可得斜率 根据间接测量误差公式 斜率不确定度为 即斜率的不确定度包括两个部分 毫米尺和温度计仪器本身的误差 目测误差 毫米尺 17 温度计 c 线胀系数及其的不确定度 线胀系数为 线胀系数的不确定度为 18 2 对于同种材料的金属棒1 金属棒2和金属棒3 数据处理如上 求出和 3 3个金属棒平均的线胀系数为 因为同种材料的金属棒 横截面的大小不影响线胀系数 即随着温度的变化 同种材料的金属棒在线性变化上是一样的 4 将的测得值与实验室给出的值进行比较 求出百分误差 19 八 注意事项1 注意测量的先后顺序 测量过程不可再对仪器进行调节 否则需重新测量 2 预置温度不能比环境温度高过多 一般多1 即可 若不小心预置太高可断电后马上重设预置温度继续实验 3 温度快达到最高时 温度显示可以保持20秒 需密切关注 及时记录数据 20 九 思考与讨论1 本实验所用仪器和用具有哪些 如何将仪器安装好 操作时应注意哪些问题 2 调节光杠杆的程序是什么 在调节中要特别注意哪些地方 3 分析本实验各物理量的测量结果 哪一个对实验误差影