金属杆热膨胀实验

1、金属杆热膨胀系数测定小组成员：王鑫滨，李胤，陈雁泽器材选择：器材选择： 固体线胀系数测量仪固体线胀系数测量仪 光杠杆光杠杆 尺读望远镜尺读望远镜 金属杆金属杆 钢卷尺钢卷尺实验原理 固体受热后其长度的增加称为固体受热后其长度的增加称为线线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为，原长为 的物体，受热后其伸长量的物体，受热后其伸长量 与其温度的增加量与其温度的增加量 近似成正比，与原近似成正比，与原长长 亦成正比，即亦成正比，即 L=Lt （1） 式中的比例系数式中的比例系数 称为固体的称为固体的线线膨胀系数膨胀系数。 为测量线胀系数为测量线胀系数，由（由（1

2、）式可知，测量出）式可知，测量出t1时杆长时杆长 L、受热后、受热后温度达温度达 t2时的伸长量时的伸长量 和受热前后的温度和受热前后的温度 t1及及t2 ，则该材料在（，则该材料在（ t1 ， t2 ）温区的线胀系数为：）温区的线胀系数为： L 其物理意义是固体材料在（其物理意义是固体材料在（t1,t2）温区内，温度每升高一度时材料）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为（的相对伸长量，其单位为（）-1 =L(t2-t1)(2) 线胀系数的测量线胀系数的测量 线胀系数是选材的一项重要指标，不同材料线胀系数是选材的一项重要指标，不同材料的线胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其的线

3、胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其次是金属、殷钢，石英的线胀系数很小，因此，次是金属、殷钢，石英的线胀系数很小，因此，殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。 下表给出了几种材料的线胀系数。下表给出了几种材料的线胀系数。钢钢铁铁铝铝玻璃玻璃 陶瓷陶瓷 殷钢殷钢 石英石英10-510-510-510-610-610-610-710/Cl)(12ttLLl)(2)(12121ttLDlbb L是一个微小变化量。以金属为例，若原长是一个微小变化量。以金属为例，若原长为为 300mm，温度变化，温度变化100，金属的线胀系数，金属的线胀系数 约为约为10-5-1，可以估

4、计出，可以估计出L 0.30mm。 考虑到测量方便和测量精度，本实验采用考虑到测量方便和测量精度，本实验采用光杠杆光杠杆法法测量。测量。 光杠杆系统光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和标尺是由平面镜及底座，望远镜和标尺组成的。组成的。 l)(12ttLLl实验步骤：实验步骤：1.用用钢卷尺测量钢卷尺测量(一次一次)待测金属杆的原长待测金属杆的原长L后，将其后，将其放入线胀系数测定仪的加热金属圆筒中。放入线胀系数测定仪的加热金属圆筒中。2.调节光杠杆的前后足尖的长度调节光杠杆的前后足尖的长度 l,将光杠杆的后足将光杠杆的后足尖置于待测铜管的上端，二前足尖置于固定台上尖置于待测铜管的上端，二前足尖

5、置于固定台上的沟槽中，镜面竖直放置。的沟槽中，镜面竖直放置。3. 在光杠杆前在光杠杆前11.2m处放置望远镜及标尺架，调节处放置望远镜及标尺架，调节望远镜及标尺架处于水平且与平面镜等高。望远镜及标尺架处于水平且与平面镜等高。4.调节望远镜及标尺架的位置和望远镜的仰角，沿调节望远镜及标尺架的位置和望远镜的仰角，沿望远镜轴线方向（借助望远镜上的准星）能通过望远镜轴线方向（借助望远镜上的准星）能通过镜面看到标尺（实际是看到标尺在镜后镜面看到标尺（实际是看到标尺在镜后的成像）。的成像）。1234567t/H(b2-b1)/mm5.调节目镜，看清十字叉丝，调节调焦手轮，看清标尺的调节目镜，看清十字叉丝，

6、调节调焦手轮，看清标尺的像，并使像与十字叉丝之间无视差，即眼睛上下移动时，像，并使像与十字叉丝之间无视差，即眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。标尺与叉丝没有相对移动。 6当金属筒被加热后，待测铜管逐渐伸长，每间隔当金属筒被加热后，待测铜管逐渐伸长，每间隔10记录一次望远镜叉丝横线所对标尺的数值，测量记录一次望远镜叉丝横线所对标尺的数值，测量6到到7个点个点 7以以t（）为横坐标，）为横坐标，H(b2-b1)（mm）为纵）为纵坐标，在坐标纸上作出坐标，在坐标纸上作出t-H关系曲线，求直线斜关系曲线，求直线斜率率k。 )/()(1212ttbbk8.用米尺测量（一次）标尺到平面镜间的距离用米

7、尺测量（一次）标尺到平面镜间的距离D。9将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖印将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖印痕，用游标卡尺测量（一次）其后足尖到两痕，用游标卡尺测量（一次）其后足尖到两前足尖连线的距离前足尖连线的距离l。实验结果：实验结果：)()()()(10CUmmUlmmUDmmULlllDL计算值测量值测量值测量值LDlkl2 【注意事项注意事项】1.1.在测量在测量过程中过程中不能碰动不能碰动线胀系数测定仪，光杠杆及望线胀系数测定仪，光杠杆及望远镜的整个系统（打开加热开关时一定要轻），稍有远镜的整个系统（打开加热开关时一定要轻），稍有碰动实验得从头做起；碰动实验得从头做起；2. 2. 禁止用手摸禁止用手摸反射镜、望远镜的目镜及物镜镜面，实反射镜、望远镜的目镜及物镜镜面，实验结束后要用镜套把镜面套好；验结束后要用镜套把镜面套好；3. 3. 用望远镜读出叉丝横线在标尺上的读数用望远镜读出叉丝横线在标尺上的读数b b时，时，不要压不要压桌面桌面； 4.4.该实验在测量读数时