梧州学院学生实验报告

成绩：                       指导教师：              

专业：                   班别：                       实验时间：              

实验人：                 学号：                       同组实验人：            

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 固体线膨胀系数的测定

绝大多数物质具有热胀冷缩的特性，在一维情况下，固体受热后长度的增加称为线膨胀。在相同条件下，不同材料的固体，其线膨胀的程度各不相同，我们引入线膨胀系数来表征物质的膨胀特性。线膨胀系数是物质的基本物理参数之一，在道路、桥梁、建筑等工程设计，精密仪器仪表设计，材料的焊接、加工等各种领域，都必须对物质的膨胀特性予以充分的考虑。

【实验目的】

    1、学习测量固体线膨胀系数的一种方法。

    2、了解一种位移传感器——数字千分表的原理及使用方法。

    3、了解一种温度传感器——AD590的原理及特性。

    4、通过仪器的使用，了解数据自动采集、处理、控制的过程及优点。

5、学习用最小二乘法处理实验数据。

【实验原理】

    1、线膨胀系数

 设在温度为t1时固体的长度为L1，在温度为t2时固体的长度为L2。实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L2－L1与温度变化量△t= t2－t1及固体的长度L1成正比。即：

                  △L=αL1△t                                 (1)

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大学物理仿真实验报告

固体线膨胀系数的测量

院系名称：  信息科学与工程                      

专业班级：  电信1006                         

姓    名：    和                           

学    号：  201046831114                         

固体线膨胀系数的测量

一、实验目的

1、知道分光计结构及使用方法，会调望远镜光轴垂直仪器；

2、了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用。

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固体热膨胀系数的测量

班级：    姓名：     学号：    实验日期：

一、实验目的

测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。

二、仪器及用具

热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等)

三、实验原理

1．材料的热膨胀系数

线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了     △L,则有

   （1）                           （2）

此式表明，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。比例系数称为固体的线胀系数。一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。

2．线胀系数的测量

在式（1）中△L是个极小的量，这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量。光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如下图所示：

当金属杆伸长△L时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有： 

 

带入（2）式得固体线膨胀系数为：

 

四、实验步骤及操作

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大学物理仿真实验

    

            院系名称：   信息科学与工程学院                   

            专业班级：   电信1001                         

            姓    名：   张振斌                               

            学    号：   201046830217                         

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固体线膨胀系数的测定

大多数固体材料内部分子热运动的剧烈程度与物体的温度有关，故而都遵从热胀冷缩的规律。固体的体积随温度升高而增大的现象称为热膨胀。固体热膨胀时，它在各个线度上（如长、宽、高、直径等）都要膨胀，我们把物体线度的增长称为线膨胀；将体积的增大称为体膨胀。若固体在各方向上热膨胀规律相同时，可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀，所以线膨胀系数是很多工程技术中选材料的重要技术指标。在道路、桥梁、建筑等工程设计、精密仪器仪表设计、材料的焊接、加工等领域都必须考虑该参数的影响。

线膨胀系数的测量方法有很多种，包括：光杠杆法、千分表法、读书显微镜法、光学干涉法、组合法等，本实验采用千分表法测金属线膨胀系数，用FD-LEB线膨胀系数测定仪进行测量。

一、实验目的

1.学习测量固体线膨胀系数的方法；

2.掌握用千分表测量微小长度变化的方法；

3.练习作图法处理实验数据的方法；

4.分析影响测量精度的因素。

二、实验原理

固体受热后的长度L和温度t之间的关系为：

                                                     (1)

式中L₀为温度t=0℃时的长度，是和被测物质有关的数值很小的常数，而以后的各系数和相比甚小，所以常温下可以忽略，则上式可写成：

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固体线膨胀系数的测定

[实验目的]

1、 测量两种金属杆的线膨胀系数。

2、 进一步使用光杠杆测定固体长度的微小变化。

3、 初步掌握温度测量的要领。

[实验原理]

实验表明，原长度为L的固体受热后，在一定的温度范围内，其相对伸长量正比于温度的变化，即

ΔL/L=αΔT (7-1)

式中比例系数α称为固体的线膨胀系数。对于一种确定的固体材料，在一定温度范围内，它是常数，材料不同，α的值也不同。设在温度T1时，固体的长度为L1，温度升高到T2时，其长度为L2，则有：

（L2-L1）/L1=α（T2-T1）

或

α=（L2-L1）/L1（T2-T1） (7-2)

其中ΔL= L2-L1是微小的长度变化,可用光杠杆法进行测量。利用类似于杨氏模量测仪的装置(见图7-1)，可得长度伸长量：

ΔL= L2-L1=x/2D（n2-n1） (7-3)

式中x为光杠杆前后脚的垂直距离，D为光杠杆镜面到望远镜，标尺间的距离，n1及n2为温度T1及T2时望远镜中标尺的读数。代入式（7-2）得

α= x（n2-n1）/2D L1（T2-T1） （7-4）

如果测得L1、T2、T1、n1、n2、x及D，便可从式（7-4）求出α值。

[实验仪器]

线膨胀系数测定仪（包括待测铜棒、铁棒，0-100℃温度计，光杠杆，尺读望远镜，标尺），钢卷尺，游标卡尺。

[实验内容]

测定铜棒和铁棒的线膨胀系数（两者实验步骤相同）

（1） 测量金属杆的长度L1并把它装入加热管道内。

（2） 小心地把温度计插入加热管的被测棒孔内，记下加热前的温度T1。

（3） 将光杠杆三个构成等腰三角形的尖脚放在白纸上轻轻地按一下，得到三个支点的位置。通过作图量出等腰三角形的高X，然后将光杠杆放在平台上，使它的顶点脚放在金属杆的上端。

（4） 调整光杠杆的位置，以及望远镜的位置和焦距，使得在望远镜中能清楚地看到标尺的刻度（调整方法同实验五），记下加热前标尺的读数n1。

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