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1、固体线胀系数的测定,大学物理实验,吉林建筑工程学院城建学院,各种材料的热胀冷缩的强弱是不同的，为了定量区分它们，人们找到了表征这种热胀冷缩特性的物理量线胀系数和体胀系数。,【实验简介】 热胀冷缩 工程结构的设计 应用 机械和仪器的制造 材料的加工,原因 物体内部分子热运动加剧或减弱,【实验目的】 测定金属的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。 【实验原理】 1材料的线胀系数 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向上的伸长。,在一定的温度范围内，固体受热后，其长度会增加，设物体原长为 L，由初温 t1 加热至末温 t2，物体伸长为 物体受热后，其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。
2、比例系数称为固体的线胀系数。,2线胀系数的测量 线胀系数是选材的一项重要指标，不同材料的线胀系数是不同的，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，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。,L是一个微小变化量。以金属为例，若原长为 300mm，温度变化100，金属的线胀系数 约为10-5-1，可以估计出L 0.30mm。 考虑到测量方便和测量精度，本实验采用光杠杆法测量。 光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和标尺组成的。,（3）,由上图可知,【实验仪器】 线胀系数测定仪、光杠杆、望远镜和标尺、数字温度计、钢卷尺、游标卡尺、待测铜管。,【实验内容与
3、步骤】 1用钢卷尺测量（一次）待测铜管的原长L后，将其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l，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的沟槽中，镜面竖直放置。,3在光杠杆前11.2m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。,4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）能通过镜面看到标尺（实际是看到标尺在镜后的成像）。,5调节目镜，看清十字叉丝，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，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10
4、记录一次望远镜叉丝横线所对标尺的数值，测量6到7个点。,7以t（）为横坐标，b（mm）为纵坐标，在坐标纸上作出t-b关系曲线，求直线斜率k。,8用米尺测量（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痕，用游标卡尺测量（一次）其后足尖到两前足尖连线的距离l。,10计算铜管的线胀系数,【实验结果】,【实验报告的要求】 1实验名称 2实验仪器 3实验目的 4实验原理及所采用的实验方法 5实验内容 6原始数据 7数据处理,【注意事项】 1.在测量过程中不能碰动线胀系数测定仪，光杠杆及望远镜的整个系统（打开加热开关时一定要轻），稍有碰动实验得从头做起； 2. 禁止用手摸反射镜、
5、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； 3. 用望远镜读出叉丝横线在标尺上的读数b时，不要压桌面； 4.该实验在测量读数时是在温度连续变化时进行，因此读数时要快而准。 5. 实验时应尽量减少走动和震动，保持安静，以免影响测量的准确性。,【教学要求】 1测量的数据结果应在规定的范围内； 2多项测量内容都有互相交叉的内容，应考察学生的实验结果是否前后一致； 3考察实验报告的结果是否与原始数据相符。,【实验重点和难点】 1固体的体胀系数的理论原理和实验测量方法以及光杠杆原理； 2实验数据处理：结果的有效数字、不确定度的正确表达； 3光学系统的调节、升温快慢的掌握、镜面角度的变化对读数的影响等。,【预习抽查问题与思考题】 1. 实验中各长度量用不同的仪器来测定，是怎样考虑的？为什么？ 2. 本实验中固体的线胀系数测量误差的传递公式是什么？主要测量误差有哪些？请估算各测量量的不确定度。 3. 材料线胀系数跟材料的哪些性质有关？ 4. 本实验的测量公式要求满足哪些实验条件？实验中应如何保证？ 5. 安装、调整仪器时应注意什么？ 6. 安调节光杠杆的步骤是什么？怎样判断望远镜已处于调好状态？其调节步骤如何？ 7. 如何判断样品温度是否稳定？若样品温度不稳定，会对结果产生怎样的影响？,THE END！,