固体线胀系数的测定

【实验结果】
L 测量值 U L (m m) D 测量值 U D (m m) l 测量值 U l (m m)
l 计算值 U ( 0C 1 )
l

【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
【实验内容与步骤】
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ห้องสมุดไป่ตู้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1~1.2m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。

【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？
大学物理实验
固体线胀系数的测定
吉林建筑工程学院城建学院
【实验简介】
热胀冷缩
应用 原因 工程结构的设计 机械和仪器的制造 材料的加工 物体内部分子热运动加剧或减弱
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。
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℃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。 1 2 3 4 5 6 7
t/℃ b/mm
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。
k (b2 b1 ) /(t2 t1 )
8．用米尺测量（一次）标尺到平面镜间的距离D。
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。
L l L(t 2 t1 )
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。 钢
l / C
0 1
铁
铝
玻璃 陶瓷 殷钢 石英
THE END！
【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
L l L(t2 t1 )
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。
l
10．计算铜管的线胀系数
kl l 2D L
U A B
2 2
U L U D B inst 0.5mm
U l inst 0.02mm
U L 2 U D 2 Ul 2 Ur ( ) ( ) ( ) l L D l
U l
Ul l (计算值)Ur
10-5
10-5
10-5
10-6
10-6
10-6
10-7
L l L(t2 t1 )
为 300mm，温度变化100℃，金属的线胀系数 l 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。
⊿L是一个微小变化量。以金属为例，若原长
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。
【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、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。
光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和标尺 组成的。
由上图可知
L l
b2 b1 2 D
（ 3）
L l L(t 2 t1 )
(b2 b1 ) l 1 2 D L(t 2 t1 )
【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。