物理仿真实验

大学物理仿真实验报告固体线膨胀系数的测量

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固体线膨胀系数的测量

一、实验目的

1、测定金属棒的线胀系数

2、学习用光杠杆测量微小伸长的原理和方法

3、创新方法的研究和讨论

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t1加热至末温t2，物体伸长了△L，则线膨胀系数满足：

则固体线膨胀系数为 ()()k DL

l t t DL b b l 221212=--=α

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”

2、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0.0mm （抓图1）

4、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（抓图2）

5、单击卷尺，分别测量l、D，（抓图3）

经测得l=62.1mm

经测得D=1885.4mm

6、以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率k （抓图4）

7、代入公式计算线膨胀系数值

A=1.1×10^-5

五、实验数据记录与处理

D/mm 1885.4

l/mm 62.1

a 1.1×10 ^-5

六、思考题

1．对于一对大多数材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？

对大多数材料来说，线胀系数并不是一个常数。即在不同温度区间，材料的线胀系数有或大或小的差别，也就是材料受热胀缩与温度常常不是线性关系

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？

可以用激光位移传感器，可以测到几微米的位移变化。

3．引起测量误差的主要因素是什么？

温度计的热惯性，升温时实际温度高于读数温度，降温时实际温度低于读数温度，采取了升温，降温同一温度对应的标尺读数n取平均的办法，可消除这种误差。（2）铜棒温度不均匀，中下部温度高，上部温度偏低，温度计所在部位不同，可使测量结果有所不同，由于温度计在中上部，可是测得的线胀系数偏小。（3）光杠杆原理公式具有近似性。

只有当dn很小时才近似成立。