大学物理仿真实验报告 固体热膨胀系数的测量

实验项目名称：固体热膨胀系数的测量一、实验目的
1．了解研究和测量热膨胀系数的意义及其应用。

2．学习用光杠杆法测量微小长度变化。

3．学习测量铜棒的线膨胀系数。

4. 学习图示法处理数据
二、实验原理
1．材料的热膨胀系数
各种材料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。

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ΔL,则有
2．线胀系数的测量
线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标。

实验表明，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、熔凝石英的线胀系数很小，由于这一特性，殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。

光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。

光杠杆放大原理如图1.2.1-1所示。

当金属杆伸长时，从望远镜中可读出待测杆伸长前后叉丝所对标尺的读数b1，b2这时有
放大公式的推导参看第一册实验5.3.1
三、实验仪器
热膨胀系数测定仪、尺度望远镜、光杠杆、温度计、电源开关、调节温度、指示灯、铜棒、米尺。

四、实验内容及步骤
线胀系数的测定
（1）仪器调节：实验装置图如图1.2.1-1所示。

实验时，将待测金属棒直立在线胀系数测定仪的金属圆筒中，棒的下端要和基座紧密相连，上端露出筒外，装好温度计，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足尖置于固定台上。

在
光杠杆前1m左右放置望远镜及直尺。

调节望远镜，直到看清楚平面镜中直尺的像，反复调节，使标尺成像清晰，且叉丝也清晰，并使像与叉丝之间无视差，即眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。

（2）读出叉丝横线在直尺上的读数n1，记录初温t1，蒸气进入金属筒后，金属棒迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，读出望远镜叉丝横线所对直尺的数值n2，并记下t2。

（3）如果线胀仪采用电加热，测量可从室温开始，每间隔10℃计一次t和n 的值，直到t达90℃。

然后逐渐降温，重复测以上数据。

（4）测量直尺到平面镜间距离D，将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖印痕，用游标卡尺测量其后足尖到两前足尖连线的距离。

（5）以t为横坐标,n为纵坐标作出n-t关系曲线,求直线斜率k,并由此计算。

（6）用最小二乘法求直线斜率k,并计算αl的标准误差。

五、实验数据记录与处理
测得光杠杆后单足到前双足的垂直距离b=6.20cm,镜面到标尺的水平距离
根
据公式αl=Nb/2DLΔt
得αl=1.09*10-5（℃-1）
六、思考题
1．对于一种材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？答：
2．你还能想出一种测微小长度的方法，从而测出线胀系数吗？答：
3．引起αl测量误差的主要因素是什么？
答：。