金属线胀系数的测量
一、实验目的
1、学习用电热法测量金属线胀系数；
2、学习利用光杠杆法测量微小长度变化量；
3、掌握图解法处理数据的方法。
二、实验仪器
控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S） 光杠杆 尺读望远镜
三、实验原理
1、原理概述
当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数来衡量。当温度变化不大时可用平均线胀系数α来描述。即
式中
和
分别为物体在温度
和
时的长度，一般固体材料的
值很小，所以
也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准
的问题，我们采用光杠杆法测量。
2、原理图
从图2可知：
所以可得：
=
四、实验步骤
1、光杠杆放在仪器平台上，其后足尖放在金属杆顶端的金属套上，光杠杆的镜面在铅直方向。在光杠杆前1.5~2.0m处放置望远镜及直尺（尺在铅直方向）。调节镜尺组让望远镜与直尺相对镜面成对称关系，调节望远镜的目镜使叉丝清晰，如图2，再调节望远镜使直尺的象进入望远镜中。
2、打开电源开关,按下预置开关，进入预置状态，轻触调节开关，调节预置温度（大约比当前显示的室温高1ºC），调节完毕后，按预置开关，退出预置状态，进入工作状态。
3、当温度达到预置温度时加热灯灭，但温度仍能继续上升一段时间，当温度在一定时间内不继续上升时可认为系统供热和散热相对稳定，记下相对稳定的温度以及此时望远镜里直尺上的读数Ni，之后重新预置，此时所预置的温度大约比当前稳定温度高2ºC，当温度到新的达稳定温度时重新记录为Ni,依此类推，直到测完规定的组数。
…… …… 余下全文
【实验原理】
如图所示，待测铜管的线胀系数为：
为温度为
摄氏度时的管长，
为管受热后温度从
时的伸长量，
为管受热前后的温度升高量 (
) 。
温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为
。
．把样品铜管安装在测试架上。连接好加热皮管，打开电源开关，以便从仪器面板水位显示器上观察水位情况。水箱容积大约为
。
.加水步骤:先打开机箱顶部的加水口和后面的溢水管口塑料盖，用漏斗从加水口往系统内加水，管路中的气体将从溢水管口跑出，直到系统的水位计仅有上方一个红灯亮，其余都转变为绿灯时，可以先关闭溢水管口塑料盖。接着可以按下强制冷却按钮，让循环水泵试运行，由于系统内可能存在大量气泡，造成水位计显示虚假水位，只有利用循环水泵试运行过程，把系统内气体排出，这时候水位下降，仪器自动保护停机。
．设置好温度控制器加热温度:金属管加热温度设定值可根据金属管所需要的实际温度值设置。
．将铜管（或铝管）对应的测温传感器信号输出插座与测试仪的介质温度传感器插座相连接。将千分尺装在被测介质铜管（或铝管）的自由伸缩端固定位置上，使千分表测试端与被测介质接触，为了保证接触良好，一般可使千分表初读数为
左右，只要把该数值作为初读数对待，不必调零。(如认为有必要，可以通过转动表面，把千分尺主指针读数基本调零，而副指针无调零装置。)
．正常测量时，按下加热按钮（高速或低速均可，但低速档由于功率小，一般最多只能加热到
左右)，观察被测金属管温度的变化，直至金属管温度等于所需温度值（例如
）。.
，又有
，所以
从图1中我们可以看到，当温度变化Δt时长度的变化为ΔL，此时刻度尺的读数就变化了ΔN，而要读出ΔN是一件轻而易举的事。我们知道：
；
；不难得出：
，
=
。
，之后再求出线胀系数α和它的不确定度。注意此时
。