金属线膨胀系数的测量(上课).pptx

1、金属线膨胀系数的测量,热胀冷缩，是我们熟知的一种宏观现象，但是这种现象怎么产生的呢？,从微观来看， 物质内部的分子永远都在不停地运动，而分子热运动强弱的不同，使得绝大部分物质都具有“热胀冷缩”的特性，当温度升高时，由于分子的热运动，固体微粒间的距离增大，结果使得固体膨胀。,在一般情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。 在相同的条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程度各不相同。,线膨胀大小与温度变化的关系： 固体的长度一般是温度的函数，随温度升高而增加，其长度L和温度t之间的关系为：,式中L0为温度t=0时的长度，、是和被测量物质有关的常数，都是很小的数值，而以下各系数和相比甚小，所以在一般情况

2、下可以忽略。,上式简化为： LL0（1t） 此处的就是要测量的金属线膨胀系数，其数值与材料性质有关，单位为1,实验目的,学习用光杠杆法测定线膨胀系数的原理。 掌握调整光杠杆和望远镜的基本要领。 学习游标卡尺测长度的方法。,实验原理,设物体在t1时的长度为L1，温度升到t2时增加了L。根据式可以写出 L1L0（1t1） L1LL0（1t2） 从上式中消去L0后，再经简单运算得 ：,由于L L1，故上式可以近似写成：,固体线膨胀系数的物理意义是当温度变化1时，固体长度的相对变化值。在上式中，L1、t1、t2都比较容易测量，但L很小，一般仪器不易测准，本实验中用光杠杆和望远镜标尺组来对其进行测量。,

3、利用光杠杆测量微小长度的原理,光杠杆系统由望远镜及标尺和光杠杆反射镜组成，实验时，将光杠杆反射镜后足尖置于金属杆上端，二前足尖放在平台的槽中。设在温度t1时，通过望远镜和光杠杆的平面镜，看见直尺上刻度N1，刚好在望远镜中叉丝横线处，当温度升至t2时，直尺刻度N2移至叉丝横线上。,光杠杆放大原理图,当反射镜转动角时（很小），金属杆伸长量满足：,反射镜反射光线转动了2角度，则：,由于角很小，所以,由以上两式消去得：,式中D为标尺到平面镜的垂直距离，b为光杠杆后足尖到二前足连线的垂直距离 。K=2Db是光杠杆的放大倍数。,线胀系数为：,实验内容,仪器的调整： （1） 光杠杆的两前足放在平台的槽中，后

4、足立于金属杆的顶端，望远镜及标尺放在光杠杆前约1.5m处，望远镜筒与反射镜等高。粗调光杠杆平面镜使法线大致与望远镜同轴，且平行于水平底座。 （2） 细调光杠杆系统的光路。先用眼睛在望远镜筒外找到平面镜中标尺的像；然后缓缓地变动平面镜法线方向，使眼睛观察像的方位逐渐与望远镜的方位一致；这时再从望远镜内观察标尺的像，并稍作调整使观察到的像为望远镜附近的标尺刻度的像。 （3）调节望远镜。调节目镜看清十字叉丝；调节镜筒中部的调焦旋钮，使标尺成像清晰且与叉丝无视差。此刻若眼睛略微上下移动，标尺像与叉丝没有相对移动。,测量数据 （1）记下铜管长度L及初温 t0，读出望远镜中十字叉丝处标尺像的刻线数值N0

5、。 （2）将加热器的调节电位器置于最大电阻处，接通加热器电源，调节电位器旋钮，使指示灯发出微弱的光亮（注意控制升温速度，指示灯越亮加热速度越快）。 （3）加热过程中温度每增加 3 时记录一次温度值 ，并同时读出望远镜中十字叉丝处标尺像的刻线数值 ，共记录18组数据，读数时要迅速而准确。升温过程测量完毕时，要停止加热并关掉电源。 （4）用钢卷尺测量光杠杆平面镜镜面到标尺间的距离D。望远镜的倍率取100,可以用公式D=50|x1-x2|直接算出。式中x1和x2分别为望远镜中上下十字叉丝在标尺中的位置。 （）取下光杠杆放在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹，用铅笔通过前两足迹联成一直线，再由后足迹引到此直线

6、的垂线，用游标卡尺测出垂线的距离b。,数据记录与处理,1、测量Ni 的数据表格及计算不确定度UN、Ut 。 2、 其它直接测量数据及不确定度 3、利用下式计算金属线膨胀系数的相对不确定度 4、求出金属线胀系数 的标准不确定度 ，并写出它的结果表达式。 5、用坐标纸作出该实验的N-t关系图，并利用该图求出直线的斜率： 以t为横坐标，N为纵坐标，由表格中（ti，Ni）数据对作一条直线，求得直线的斜率k,即：,由式,即可求出被测金属的线膨胀系数。,注意事项,1. 实验前不要按“加热”开关，以免为恢复加热前温度而延误实验时间，或因短时间内温度忽升忽降而影响实验测量的准确度。 2. 做完实验后要将平面反光镜取下放在桌子上。将温度控制器的加热开关和电源开关关闭，并将其