固体线膨胀系数测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
目录
1. 实验目的
1.1 实验原理
1.1.1 线膨胀系数的概念
1.1.2 线膨胀系数的计算公式
1.2 实验器材
1.3 实验步骤
1.4 实验结果分析
1.5 实验结论
实验目的
通过测定固体线膨胀系数的实验，掌握固体在温度变化下的膨胀规律，了解物体在不同温度下的变化情况。
实验原理
线膨胀系数的概念
线膨胀系数是一个物体在单位温度变化下长度变化的比例系数，通常
表示为α。
线膨胀系数的单位为℃^-1。
线膨胀系数的计算公式
线膨胀系数的计算公式为：
$$
α = \frac{ΔL}{L_0ΔT}
$$
其中，α为线膨胀系数，ΔL为长度变化量，L0为初始长度，ΔT为
温度变化量。
实验器材
1. 物体（例如金属杆）
2. 尺子
3. 温度计
4. 烧杯
5. 热水
实验步骤
1. 测量物体的初始长度并记录为L0。
2. 将物体放入热水中，让其温度升高。
3. 使用温度计测量热水的温度变化ΔT。
4. 测量物体在热水中的长度变化量ΔL。
5. 根据公式计算出线膨胀系数α。
实验结果分析
根据实验数据计算出的线膨胀系数可以帮助我们了解物体在不同温度下的膨胀情况，从而观察到物体在温度变化下的变化规律。
实验结论
通过本次实验，我们成功测定了固体线膨胀系数，并对物体在温度变化下的膨胀规律有了更深入的了解。
这对于工程领域的材料选择和设计具有重要意义。
实验三 固体线膨胀系数的测定
实验三 固体线膨胀系数的测量【实验目的】1．了解热膨胀现象。
2．测量固体线膨胀系数。
【实验仪器】EH-3型热学实验仪，铜棒，铁棒，千分表。
【实验原理】大部分物质在一定温度范围内都呈现“热胀热缩”的宏观现象。
就晶体状固体模型而言，这是因为物质中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。
两相邻粒子间的势能是它们之间距离的函数，其关系可用势能曲线描绘如图3-1。
在一定的温度下，粒子在其平衡位置r o 附近做热振动，具有一定的振动能量E 。
由于势能曲线的非对称性，热振动时的平均距离r 大于平衡距离r o 。
若温度升高（T 1、T 2），振动能量增加（E 1、E 2），则两原子之间的平均距离也增大（r 1、r 2），随之固体的体积膨胀。
因此，热膨胀现象是物体的势能曲线的非对称特性的必然结果。
固体的任何线度（长度、宽度、厚度、直径等）随温度的变化，都称为线膨胀。
对于各向同性的固体，沿不同方向的线膨胀系数相同；对于各向异性的固体，沿不同的晶轴方向，其线膨胀系数不同。
实验表明，原长度为L 的固体受热后，其相对伸长量正比温度的变化，即： αt L L ∆=∆ 式中，比例系数a 称为固体的线膨胀系数，对于一种确定的固体材料，它是一个确定的常数。
设温度在0℃时，固体的长度为L 0，当温度升高时，其长度为L t 。
t L L L t α=-00 （3-1） L t = L 0（1+αt ）。
（3-2）若在温度t 1和t 2时，固体的长度分别为L 1，L 2，则根据式（3-2）或写出L 1=L 0（1+αt 1）， （3-3）L 2=L 0（1+αt 2）， （3-4）将式（3-3）代入式（3-4）化简后得图3-1 势能曲线⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=∂11221t L L t L L （3-5） 由于L 1与L 2非常接近，故L 2/ L 1≈1，于是式（3-5）可简写成 ()121t t L L -∆=α （3-6） 只要测出L 1，ΔL 和t 1，t 2就可以求出α值。
固体热膨胀系数测量实验报告
大学物理实验班级:XX姓名：XXX学号：XXXX2017 年 X月 X 日实验项目名称：固体热膨胀系数测量一、实验目的1. 掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
2. 掌握大学物理仿真实验软件的基本操作方法。
3. 测量铜棒的线热膨胀系数。
4. 学会用图解图示法处理实验数据。
2、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 ?L,则有上式表明，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al称为固体的线胀系数。
体膨胀是材料在受热时体积的增加，即材料在三维方向上的增加。
体膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1K所引起的物体体积的相对变化，用av 表示。
即一般情况下，固体的体胀系数av为其线胀系数的3倍，即 av=3al，利用已知的av和?T，我们可测出液体的体胀系数av。
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。
表1.2.1-1给出了几种材料的线胀系数。
几种材料的线热膨张系数人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系数是不同的，例如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，会出现线胀系数的突变。
但在温度变化不大的范围内，线胀系数仍然是一个常量。
因此，线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。
在设计任何要经受温度变化的工程结构（如桥梁、铁路等）时，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。
例如，在长的蒸气管道上，可以插入一些可伸缩的接头或插入一段U型管；在桥梁中，可将桥的一端固牢在桥墩上，把另一端放在滚轴上；在铁路上，两根钢轨接头处要留有间隙等。
固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
固体线膨胀系数的测定实验报告
实验目的：本实验旨在测量一种材料的固体线膨胀系数。
实验原理：当材料受到温度变化时，其热膨胀系数表示材料在单位温度变化时，长度或体积变化的百分比。
热膨胀是物理性质。
它描述了随温度升高而对应体积变化的比例，其中热膨胀系数就是衡量变化的指标。
实验中，通过改变材料的温度，测量温度和长度之间的关系，从而计算出材料的固体线膨胀系数。
实验装置：实验所用的装置包括：精密钢丝、温度测量仪、电子天平。
实验步骤：
1. 用电子天平称量一根精密钢丝的质量，记录其质量m。
2. 把精密钢丝放入一个恒温箱中，控制温度T。
3. 在恒温箱中保持温度T恒定，并不断观察精密钢丝的长度L，并定时记录。
4. 将所记录的温度和长度数据代入公式计算固体线膨胀系数α。
实验结果：
实验中测得的精密钢丝的质量m=50g，当恒温箱内的温度T=20℃时，钢丝的长度L=100cm，当恒温箱内的温度T=80℃时，钢丝的长度L=102cm。
根据以上数据，计算出精密钢丝的固体线膨胀系数α=0.02/℃。
实验结论：从本实验结果可以看出，精密钢丝的固体线膨胀系数为0.02/℃，表明精密钢丝具有较强的热膨胀性能。
实验总结：本实验中，我们通过改变材料的温度，测量温度和长度之间的关系，从而计算出材料的固体线膨胀系数。
实验结果表明，精密钢丝的固体线膨胀系数较低，说明精密钢丝具有较强的热膨胀性能。
固体线胀系数的测定实验报告
固体线胀系数的测定实验报告实验一、目的和原理本实验的目的是通过实验测定固体的线胀系数，掌握测量仪器的使用方法和实验数据的处理方法，加深对固体热学性质的理解。
线胀系数是温度升高时单位长度固体的长度增长量与固体初长度的比值，单位为1/℃。
根据热力学原理，固体在温度升高时会发生热膨胀，即长度增加。
实验二、实验仪器和材料实验所需仪器和材料如下：1.线胀系数测量装置：由基底、通孔、加热炉、测温仪和支架等部分组成。
2.铜管和铝管：直径分别为ΦD1 = 4mm和ΦD2 = 6mm。
3.钢杆：长度为L = 100mm，直径为ΦD3 = 3mm。
4.加热器：用于加热铜管、铝管和钢杆等试样。
5.变压器、电表等电器设备。
实验三、实验步骤1.使用千分尺测量铜管、铝管和钢杆的长度L0，并记录下来。
2.将铜管、铝管和钢杆依次安装在线胀系数测量装置中，调整支架高度使得测温仪的测温头与试样接触。
3.加热器加热铜管、铝管和钢杆等试样，使其温度升高到200℃左右，并保持一段时间。
4.使用测温仪测量试样的温度，并记录下来。
5.千分尺测量试样此时的长度L1，并记录下来。
6.计算试样的线胀系数α，公式为：α = ΔL / (L0 × Δt)式中，ΔL 为试样长度增加值，Δt 为温度升高的温度差。
将测得的α值与标准值进行比较。
实验四、实验数据处理1.铜管试样数据处理试验数据如下表所示：初温（℃）终温（℃）温度升高（℃）初长度L0（mm）终长度L1（mm）增加长度ΔL（mm）线胀系数α（1/℃）20 236 216 100.65 100.86 0.21 1.27×10-52.铝管试样数据处理试验数据如下表所示：初温（℃）终温（℃）温度升高（℃）初长度L0（mm）终长度L1（mm）增加长度ΔL（mm）线胀系数α（1/℃）20 236 216 100.85 101.12 0.27 2.29×10-53.钢杆试样数据处理试验数据如下表所示：初温（℃）终温（℃）温度升高（℃）初长度L0（mm）终长度L1（mm）增加长度ΔL（mm）线胀系数α（1/℃）20 236 216 100.05 100.18 0.13 1.77×10-5实验五、结论通过实验测定，铜管、铝管和钢杆的线胀系数分别为1.27×10-5、2.29×10-5和1.77×10-5。
固体线膨胀系数的测定实验结论
固体线膨胀系数的测定实验结论1. 引言嘿，大家好！今天我们来聊聊一个听起来有点高深，但其实跟咱们的生活息息相关的东西——固体线膨胀系数。
说到这个，可能有人会觉得“哎呀，听起来好复杂”，其实不然。
就像天气热的时候，冰淇淋融化一样，物体也会因为温度变化而发生形状的变化。
让我们一起走进这个神秘的世界，看看线膨胀系数到底是什么，测定它又有什么有趣的实验结论。
2. 固体线膨胀系数的概念2.1 什么是线膨胀系数？首先，线膨胀系数听起来有点像是物理课本里的冷知识，其实它就是描述固体材料在温度变化时长度变化的程度。
简单来说，就是材料的“膨胀力”。
就像咱们吃饱了，肚子会鼓起来一样，物体在热胀冷缩的过程中也会发生变化。
2.2 为啥要测定它？你可能会问：“测这个干嘛？”好吧，假如你要盖一栋大楼，或者设计一架飞机，了解材料在不同温度下的表现是非常重要的。
否则，材料一热就变形，或者一冷就裂开，那可就麻烦大了！所以，测定线膨胀系数，能让我们在设计的时候更有底气，不怕天翻地覆。
3. 实验过程3.1 实验准备我们的实验其实很简单，不需要什么高大上的仪器。
首先，你需要一些固体材料，比如金属棒、塑料条，甚至木头块。
接下来，准备一个热水浴和一个冰水浴，就像洗澡一样，冷热交替，哈哈！当然，还有一个精确的测量工具，比如游标卡尺，没错，就是那个在电影里总能见到的测量工具。
3.2 实验步骤实验的步骤也不复杂。
首先，测量出你所选材料的初始长度，记住这个数据就好。
然后，把它放进热水里，让它在高温下“享受一下”。
过一段时间，再把它放进冰水中，让它感受一下北极的寒冷。
最后，再测量一次它的长度，看看变化了多少。
根据变化的长度和温度的变化，就能计算出线膨胀系数啦！4. 实验结论4.1 结果分析经过一番“热身”和“冷却”之后，我们得到了数据。
一般来说，金属的线膨胀系数会比塑料和木头高一些，真是“高大上”呢！这也解释了为什么夏天的铁轨会出现“拐弯”的现象，真的是“物理”的力量呀！而且，各种材料的膨胀系数都不一样，就像每个人的脾气各有不同，哈哈！4.2 应用实例通过这个实验，我们可以了解到不同材料在实际应用中的表现。
固体线胀系数的测定
添加标题
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
由上图可知
Ll(b2 b1) 2D
2 b2 b1
D
【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。
1
(b2 b1)l 2DL(t2 t1)
l
L L(t2 t1)
【实验内容与步骤】
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；
8．用米尺测量（一 次）标尺到平面镜间 的距离D。
D
l
章 节 一
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。
计算铜管的线胀系数
l
kl 2D L
UrUll (ULL)2(UDD)2(Ull)2
L 测量值 U L (mm ) 【
【实验重点和 难点】
固体的体胀系数的理论原理和实验
1
测量方法以及光杠杆原理； 实验数据处理：结果的有效数字、
2
不确定度的正确表达；
光学系统的调节、升温快慢的掌握、
3
镜面角度的变化对读数的影响等。
【预习抽查问题与思考题】
添加标题
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？
添加标题
D 测量值 U D (mm )
实 验
l 测量值 U l (mm )
结 果
l 计算值 U l (0C 1 ) 】
#2022
【实验报告的要求】
#2022
【注意事项】
【教学要求】
固体线膨胀系数测定实验报告
1.95
1.05 2.21×10－5
2.10
0.80 1.54×10－5
L 49.55cm ； b 8.00cm ）
N 40所对应的温度改变量
i园纹变化数
tm / ℃
tn / ℃
tm tn / ℃
N 2
1
40
24.0 27．4
3.4
12656nm
2
40
27.4 31．6
4.2
12656nm
姓名
王小二
组号
第 7 周 土木学院
18
指导教师
学院 班级学号 *****
陈德彝
分数
实验名称：
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:
固体的长度 L 一般随温度 t 的升高而增加，理论和 实践表明， L 和 t 的关系为：
L L0 (1 t t 2 )
（1）
L0 为 t 0C 时的长度，在常温附近不大的温度范围内，可写为
L L0 (1 t)
（2）
设温度为 t1 C 的长度为 L ,温度升到 t2 C，其长度增加 ，由上式由
L L0 (1 t1 )
L L0 (1 t2 )
消去 L0 ,有
L(t2 t1 ) t1 L(t2 t1 )
3
40
31.6 35．8
4.2
12656nm
4
40
35.8 40．0
4.2
12656nm
/ ℃-1 / ℃-1
2.48×10－5 2.00×10－5 2.00×10－5 2.00×10－5
固体线热膨胀系数的测定实验报告
固体线热膨胀系数的测定【实验目的】材料的线膨胀指的是材料受热后一维长度的伸长。
当温度升高时，一般固体由于其原子或分子的热运动加剧，粒子间的平均距离发生变化，温度越高，其平均距离越大，这就是固体的热膨胀。
热膨胀是物质的基本热学性质之一。
物体的热膨胀不仅与物质种类有关。
对金属晶体而言，由于它们是由许多晶粒构成的，这些晶粒在空间方位上排列是无规则的，整体表现出各相同性。
它们的线膨胀在各个方向均相同。
虽然固体的热膨胀非常微小，但使物体发生很小形变时就需要很大的应力。
在建筑工程、机械装配、电子工业等部门中都需要考虑固体材料的热膨胀因素。
因此固体线胀系数是选择材料的一项重要指标,测定固体的线膨胀系数具有重要的实际意义。
1. 掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
测量铁、铜、铝棒的线热膨胀系数。
2. 学会使用千分表，掌握温度控制仪的操作。
3. 学习图解图示法处理实验数据。
【实验原理】设为物体在温度时的长度，则该物体在时的长度可由下式表示：(1)其中，为该物体的线膨胀系数，在温度变化不大时，可视为常数。
将式(23-1)改写为：(2)可见，的物理意义为：温度每升高时物体的伸长量与它在时的长度之比，单位为：或。
实际测量中，一般只能测得材料在温度及时的长度及，设是常量，则有：(3)由式(6)即可求得物体在温度之间的平均线膨胀系数。
其中，微小长度变化量可直接用千分表测量。
本实验对金属铁、铜、铝进行测量求出不同金属的线膨胀系数。
【实验仪器】FD-LEA固体线热膨胀系数测定仪（一套）、（电加热箱、千分表、温控仪）金属棒、电源线、加热线、传感器及电缆仪器介绍1.千分表是一种测定微小长度变化量的仪表，其外形结构如图1所示。
外套管Ｇ用以固定仪表本身；测量杆Ｍ被压缩时，指针Ｈ转过一格。
而指针Ｐ则转过一周，表盘上每周等分小格，每小格即代表0.001ｍｍ，千分表亦由此得名。
图1千分表2.FD-LEA固体线热膨胀系数测定仪由电加热箱和温控仪两部分组成。
固体线胀系数实验报告
固体线胀系数实验报告大学物理实验报告__材料与能源_____学院____能源与动力工程_______专业___1____班学号__xxxx__姓名___黄智向___（合作者__________）实验日期_2021.7.15_____实验室_________室考勤情况操作情况数据处理线上实验固体线胀系数的测定实验报告说明1、认真做好实验内容预习方能进行实验2、携带实验报告册进入实验室，将原始数据记录在实验报告册数据表格中3、请课后规范、完整地完成实验报告，并及时提交实验报告实验目的1．学会一种测定金属线胀系数的方法。
2．掌握和巩固光杠杆法测量长度微小变化量的原理和方法。
3．学会用最小二乘法处理数据。
实验仪器电子虚拟实验室：固体线胀系数测定仪（包括温度计及夹子，待测金属棒），光杠杆，尺读望远镜，钢卷尺，游标卡尺)序号成绩评定教师签名实验原理设金属棒在温度otC0时的长度为oL，当其温度上升到tC0时，它的长度tL 可由下式表示：tL=oottL 1（1）式中，即为该物体的线胀系数。
可将式（1）改写成：oooootttLLttLLL（2）由此可见，线胀系数的物理意义是温度每升高1Co时物体的伸长量L与原长之比。
一般随温度有微小的变化，但在温度变化不太大时，可把它当作常量。
由式（2）可以看出，测量线胀系数的关键是准确测量长度的微小变化量L。
我们先粗略估算一下L的大小。
若mm500Lo，温度变化Ctto100，金属线胀系数的数量级为15C10，则可估算出mm50.0L。
对于这么微小的长度变化量，用普通量具如钢尺和游标卡尺无法进行精确测量，一般采用千分表法（分度值为0.001mm），光杠杆法，光学干涉法等。
本实验采用光杠杆法，整套实验装置由固体线胀系数测定仪，光杠杆和尺读望远镜等几部分组成，如图1所示。
图1测定固体线胀系数的实验装置光杠杆测微小长度改变量的原理：参照图2，假定开始时光杠杆平面镜M的法线ono在水平位置，则标尺S上的标度线no发出的光通过平面镜M反射进入望远镜，在望远镜中形成no的象而被观察到。
固体热膨胀系数测量实验报告
大学物理实验班级:XX姓名：XXX学号：XXXX2017 年 X月 X 日实验项目名称：固体热膨胀系数测量一、实验目的1. 掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
2. 掌握大学物理仿真实验软件的基本操作方法。
3. 测量铜棒的线热膨胀系数。
4. 学会用图解图示法处理实验数据。
2、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 ?L,则有上式表明，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al称为固体的线胀系数。
体膨胀是材料在受热时体积的增加，即材料在三维方向上的增加。
体膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1K所引起的物体体积的相对变化，用av 表示。
即一般情况下，固体的体胀系数av为其线胀系数的3倍，即 av=3al，利用已知的av和?T，我们可测出液体的体胀系数av。
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。
表1.2.1-1给出了几种材料的线胀系数。
几种材料的线热膨张系数人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系数是不同的，例如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，会出现线胀系数的突变。
但在温度变化不大的范围内，线胀系数仍然是一个常量。
因此，线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。
在设计任何要经受温度变化的工程结构（如桥梁、铁路等）时，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。
例如，在长的蒸气管道上，可以插入一些可伸缩的接头或插入一段U型管；在桥梁中，可将桥的一端固牢在桥墩上，把另一端放在滚轴上；在铁路上，两根钢轨接头处要留有间隙等。
固体热膨胀系数的测量实验报告
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()12t t L L -=∆α （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：()12t t L L-∆=α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1.单击登陆进入实验大厅2.选择热力学试验单击3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面4.在实验界面单击右键选择“开始实验”5.调节平面镜至竖直状态6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读数为0.0mm,并打开望远镜视野7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止lLD b b ∆=-212()Dlb b L 212-=∆()()kDLlt t DL b b l 221212=--=α8.单击卷尺，分别测量l、D，9．以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率。
10.代入公式计算线膨胀系数值。
大学物理仿真实验报告--固体线膨胀系数的测量
固体线膨胀系数的测量一、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、实验原理固体的线膨胀系数和体膨胀系数是固体热学特性的重要参数，通常体膨胀系数是线膨胀系数的3倍左右，本实验主要介绍固体线膨胀系数的测量方法。
线膨胀是指材料在受热膨胀时，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t 1加热至末温t 2，物体伸长了△L ，则线膨胀系数满足：即上式中△L 是个极小的量，我们采用光杠杆测量。
光杠杆法测量△L ：如下图（见教材杨氏模量原理）1.当金属杆伸长△L 时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b 1、b 2，这时有 即则固体线膨胀系数为：三、实验仪器尺读望远镜，米尺，固体线膨胀系数测定仪，铜棒，光杠杆，温度计。
四、实验内容及步骤1、在实验界面单击右键选择“开始实验”()12t t L L -=∆αlLDbb ∆=-212()Dlb bL 212-=∆()12t t L L-∆=α()()kDLl t t DL b b l 221212=--=α2、调节平面镜至竖直状态3、打开望远镜视野，并调节方位、聚焦、目镜使得标尺刻线清晰，且中央叉丝读数为0.0mm4、单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止5、单击卷尺，分别测量l、D6、以t 为横轴，b 为纵轴作b -t 关系曲线，求直线斜率k7、代入公式计算线膨胀系数值 有图得K =0.3724=1.206x10-5 /C五、实验数据记录与处理六、思考题()()k DLl t t DL b b l 221212=--=α1．对于一种材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？不是。
因为同一材料在不同的温度区域，其线性系数是不同的，有实验结果的事实可证明。
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？目前想不到更好地方法。
固体线膨胀系数的测定
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)式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数，由上式知：α=△L/Ll·1/△t (2)可以将α理解为当温度升高1℃时，固体增加的长度与原长度之比。
多数金属的线膨胀系数在(0.8—2.5)×10-5/℃之间。
线膨胀系数是与温度有关的物理量。
当△t很小时，由（2）式测得的α称为固体在温度为t1时的微分线膨胀系数。
当△t是一个不太大的变化区间时，我们近似认为α是不变的，由（2）式测得的α称为固体在t1—t2温度范围内的线膨胀系数。
由（2）式知，在L1已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量△t与相应的长度变化量△L的测量，由于α数值较小，在△t不大的情况下，△L也很小，因此准确地测量△L及t是保证测量成功的关键。
2、微小位移的测量及数字千分表测量微小位移，以前用得最多的是机械百分表，它通过精密的齿条齿轮传动，将位移转化成指针的偏转，表盘最小刻度为0.01mm，加上估读，可读到0.001mm，这种百分表目前在机械加工行业仍广泛使用。
大学物理 实验八 固体线膨涨系数的测定
实验8 固体线膨涨系数的测定及温度的PID 调节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。
利用固体线膨胀系数测量仪和温控仪，准确测量固体的线膨胀系数。
【实验目的】1、测量金属的线膨胀系数。
2、学习PID 调节的原理并通过实验了解参数设置对PID 调节过程的影响。
【实验仪器】金属线膨胀实验仪，PID 温控实验仪，千分表 【实验原理】1．线膨胀系数线膨胀系数是与温度有关的物理量。
当△t 是一个不太大的变化区间时，我们近似认为α是不变的。
设在温度为t 0时固体的长度为L 0，在温度为t 1时固体的长度为L 1。
实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L = L 1－L 0与温度变化量△t = t 1－t 0及固体的长度L 0成正比，即△L =αL 0△t (8-1)式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数，由(8-1)式知tL L ∆⨯∆=10α (8-2) 可以将α理解为当温度升高1 ℃时，固体增加的长度与原长度之比。
多数金属的线膨胀系数在(0.8—2.5)×10-5 ℃-1之间。
当△t 很小时，由（2）式测得的α称为固体在温度为t 0时的微分线膨胀系数。
由（8-2）式测得的α称为固体在t 0—t 1温度范围内的线膨胀系数。
由（8-2）式知，在L 0已知的情况下，固体线膨胀系数的测量实际归结为温度变化量△t 与相应的长度变化量△L 的测量，由于α数值较小，在△t 不大的情况下，△L 也很小，因此准确地控制t 、测量t 及△L 是保证测量成功的关键。
2．PID 调节原理PID 调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律，自动控制系统的原理可用图8-1说明。
线膨胀系数实验
大学物理实验教学中心
物体具有“热胀冷缩”的特性，这个特性在工程设计 （例如桥梁，铁路轨道，电缆工程）、精密仪表设计，材 料的加工、焊接和某些温度传感器的制作中都必须考虑。 在一维的情况下，固体受热长度的变化称为线膨胀。在受 热相同的条件下，不同的材料其膨胀的性能是不同的。因 此我们用膨胀系数来表示固体材料的这种差异。 测定固体的线膨胀系数，关键在于测量材料随温度 改变而改变的微小变化量，这必须借助于测微装置或仪器 进行测量，在杨氏弹性模量测量中曾介绍光杠杆法，它可 用光学方法将微小的变化放大几十甚至上百倍，本实验采 用测微螺旋法来测量微小变化，它具有使用简便，读数直 观的优点。
实 验 目 的
1、测定金属杆的线膨胀系数。 2、掌握用测微螺旋法测量微小长度 的改变。
仪 器 介 绍
（点击图片播放）
实 验 步 骤
（点击图片播放）
实 验 内 容
1、读出金属杆的长度 L1 后，使其一端与螺钉D接触，小心将温度计插 后，使其一端与螺钉D 入C孔内，使它与金属杆良好接触，并读记加热前的温度 t ℃。 2、接直流回路，把测微螺旋盘慢慢旋进，使它的尖顶刚好接触到金属杆 的另一端，这一点可通过小灯刚开始发亮来判断，记下测微螺旋的读 数 n1 ，然后将测微螺旋顶端退出一点。 3、接通交流电加热金属杆，注意温度计的变化，且要缓慢。每升高10℃ 、接通交流电加热金属杆，注意温度计的变化，且要缓慢。每升高10℃ 用测微螺旋测量数值 ni′ ，得到对应的一系列值。 4、读记 i 组数据后，将电热丝电源切断，同样的办法测出温度每降低 10℃的值 10℃的值 ni′′ ，用平均值 n i = 1 ( n ′i + n ′′ ) 作为相应温度变化的 i 2 微小伸长 ，显然 ni − n1 就是温度改变 t i − t 1 时的长度微小伸 长 L i − L1 。 5、用作图法求出金属杆的热膨胀系数
固体热膨胀系数测量 实验报告
固体热膨胀系数测量实验报告固体热膨胀系数测量-实验报告大学物理模拟实验年月日一实验项目名称：固体热膨胀系数测量一、实验目的1.掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
2.掌握大学物理仿真实验软件的基本操作方法。
3.测量铜棒的线热膨胀系数。
4.学会用图解法处理实验数据。
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。
线性膨胀是材料在加热和膨胀时在一维方向上的伸长。
在一定的温度范围内，加热后固体的长度会增加。
假设物体的原始长度为l，物体从初始温度T1加热到最终温度T2，物体被拉长△ 五十、然后上式表明，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al称为固体的线胀系数。
体积膨胀是加热时材料体积的增加，即材料在三维方向上的增加。
体积膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1k所引起的物体体积的相对变化，用av表示。
即二一般情况下，固体的体胀系数av为其线胀系数的3倍，即av=3al，利用已知AV和△ T、我们可以测量液体的体积膨胀系数AV。
2.线膨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。
表1.2.1-1给出了几种材料的线胀系数。
几种材料的线性热膨胀系数材料al/℃钢-5铁-5铝-5玻璃-6陶瓷-6熔凝石英-7101010101010人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系数是不同的，例如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，会出现线胀系数的突变。
但在温度变化不大的范围内，线胀系数仍然是一个常量。
因此，线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。
在设计任何要经受温度变化的工程结构（如桥梁、铁路等）时，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。
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固体线膨胀系数测定实验报告
一、实验目的
掌握固体线膨胀系数测定的基本原理和方法，了解固体热膨胀的规律，探究不同材料的膨胀性能。
二、实验原理
α=ΔL/(L0×ΔT)
三、实验仪器和材料
1.实验仪器：线膨胀测定装置、温度计、恒温槽、电磁铁等。
2.实验材料：不同材质的试样。
四、实验步骤
1.将不同材料的试样固定在线膨胀测定装置上。
2.将线膨胀测定装置放入恒温槽中，并将温度调至初始温度。
3.记录下试样的初始长度L0。
4.开始测量后，通过电磁铁控制试样的温度变化。
5.每隔一定时间，测量试样的长度变化ΔL，并记录下温度变化ΔT。
6.重复以上步骤，直到试样温度变化范围内的线膨胀量连续三次测量
结果相近为止。
五、实验数据处理和分析
1.按照实验步骤记录得到的数据，计算出每组试样的线膨胀系数α。
2.绘制试样温度变化与线膨胀量变化的曲线图。
3.比较不同材料的线膨胀系数大小，分析不同材料的膨胀性能。
六、实验结果和讨论
通过实验测定，得到了不同材料的线膨胀系数α，并绘制了温度变
化与线膨胀量变化的曲线图。
实验结果表明，在相同温度范围内，不同材
料的线膨胀系数有所差异。
这表明了不同材料在受热膨胀时的表现不同。
根据实验得到的结果，我们可以进一步探究不同材料的热膨胀性能。
在实际应用中，我们可以根据不同的需求选择合适的材料进行设计与制造。
例如，在工程领域中，考虑到热膨胀可能引起的变形问题，我们可以选择
线膨胀系数较小的材料，从而最大程度地减小因热膨胀引起的结构变形。
七、实验总结
通过这次实验，我掌握了固体线膨胀系数测定的基本原理和方法。
实
验中，我了解到了不同材料在受热膨胀时的表现不同，这对于材料选择与
应用有着重要的意义。
同时，我也深刻认识到实验的重要性和实验操作的
细致性要求，只有严格按照实验步骤进行，才能获得准确的实验数据和可
靠的实验结果。
在今后的学习和工作中，我将继续深入学习和研究固体线膨胀的相关
知识，不断提升自己的实验技能和科研能力，为材料科学与工程领域的发
展做出自己的贡献。