物理实验教学示范中心

1、物 理 实 验 教 学 示 范 中 心金属线膨胀系数的测定金属线膨胀系数的测定 物 理 实 验 教 学 示 范 中 心绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪器的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。 物 理 实 验 教 学 示 范 中 心实验目的实验目的1. 掌握千分表测定固体长度微小变化的原理和方法。2. 测定金属在一定温度区域内的平均线膨胀系数。物 理 实 验 教 学 示 范 中 心【实验

2、仪器】【实验仪器】金属线膨胀系数测量实验装置、YJ-RZ-4A数字智能化热学综合实验仪金属线膨胀系数测量实验装置如图1加热引线温度传感器引线千分表图物 理 实 验 教 学 示 范 中 心【实验原理】【实验原理】材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量L与其温度的增加量t近似成正比，与原长L亦成正比，即 L = tL（1）称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最

3、大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。式中的比例系数物 理 实 验 教 学 示 范 中 心几种材料的线胀系数实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。物 理 实 验 教 学 示 范 中 心)(12ttLL为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出t1时杆长L、受热后温度达t时的伸长量 L和受热前后的温度t1及t2 ，则该材料在（t ，t）温

4、区的线胀系数为 = （2）物 理 实 验 教 学 示 范 中 心其物理意义是固体材料在（t 1，t2）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，起单位为/（）。测线胀系数的主要问题是如何测伸长量 L。先粗估算出 L的大小，若 L250mm,温度变化t2-t 1100，金属的a数量级为10 /（） ，则可估算出 L0.25mm。对于这么微小的伸长量，用普通量具如刚尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表（分度值为0.001mm）、读数显微镜、光杆干放大法、光学干涉法。本实验中采用千分表测微小的线胀量。 物 理 实 验 教 学 示 范 中 心【实验内容和步骤】【实验内容和步骤】 （1）开机1卸下三个下

5、盘支撑螺钉，安装好实验装置，连接好电缆线，打开电源开关，“测量选择”开关旋至“设定温度”档，调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”钮，选择设定加热盘为所需的温度（如50.0）值。2将“测量选择”开关拨向“上盘温度”档，打开加热开关，观察加热盘温度的变化，直至加热盘温度恒定在设定温度（50.0）。（2）测量当加热盘温度恒定在设定温度50.0，读出千分表数值L，当温度分别为55.0、60.0、65.0、70.0、75.0、80.0、85.0、90.0、95.0时，分别记下千分表读数L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10 （3）用逐差法求出5时金属棒的平均伸长量，由（2）式即可求出金属棒在（50，95）温区内的线胀系数。 物 理 实 验 教 学 示 范 中 心)(12ttLL【数据记录及处理】【数据记录及处理】物 理 实 验 教