固体线膨胀系数的测定 -回复
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。
固体线膨胀系数测定实验报告
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。
大学物理实验思考题汇总(1)
金属线胀系数的测定1.为什么要在温度和千分表稳定的时候读数？测定固体的线性膨胀系数时，温度会逐渐上升，并超越你设定的温度值，再继续等待，温度会降低，直至温度稳定至千分表10秒钟不转动一格，再读数，能减小系统误差。
2.隔热棒的作用是什么？与被测物接触的一端为什么是尖的？隔热和力的传递作用,做成尖的，接触面积最小民间小样品与千分表的热传递。
隔热和力的传递作用。
一端是尖的，是减少样品与测量设备(千分尺)的热传递,保证千分尺测试到的就是样品的受热伸长量.3.为什么被测物体与千分表探头需保持在同一直线？只有受力在同一直线，千分表才能测出样品的真实伸长量，否则只是伸长量的分量。
4.两根材料相同，粗细、长度不同的金属棒，在同样的温度变化范围内，他们的线膨胀系数是否相同？线膨胀系数是材料的属性，只要是同一材料就一样。
落球法液体粘滞系数测量1.斯托克斯公式的应用条件是什么?本实验是怎样去满足这些条件的?又如何进行修正的?无限宽广的液体，无涡流，液体静止，小球刚性，表面光滑，恒温条件，无初速度下落，匀速过程满足该公式；本实验采用刚性小球，使小球的半径远小于液面，体积可忽略不计，放入小球时尽量轻来满足公式适用条件；修正：d/2R。
前乘修正系数2.4；d/2h前乘修正系数3.3.2.在特定的液体中，如果钢珠直径增大一些，测量结果如何变化?如果钢珠从高处掷下，测量结果如何变化?钢珠直径增大，测量结果变大，钢珠从高处掷下，测量结果变小。
3.讨论本实验造成不确定度增大的主要因素是什么，如何改进?小球受容器体积限制，使小球尽可能在中央下落；小球有初速度，释放小球尽量轻。
杨氏模量的测定1.本实验中必须满足哪些实验条件?金属丝必须材质和尺寸均均匀；韧性要好,能够承重一定规格的钩码；金属丝长度要足够,一般要求两米左右。
2.为什么要使钢丝处于伸直状态?因为拉直后才能保证加力后正确测出钢丝伸长量。
3.如何判断在整个加减砝码过程中钢丝是弹性形变?在增砝码过程和减砝码过程中，相同质量砝码的情况，前后两次测得金属丝的长度没有很大差别，说明金属丝进行的是弹性形变。
固体线膨胀系数的测定及温度的PID调节实验报告及误差分析 大学物理实验实验11
大学物理实验11
固体线膨胀系数的测定及温度的PID调节
实验中用到的仪器有金属线膨胀实验仪、ZKY-PID温控实验仪、千分表。
在这个实验中我们可以测量金属的线膨胀系数和学习PID调节的原理。
一、实验目的
二、实验原理（图）
三、实验设备、仪器、用具及其规范
四、实验（测定）方法
五、实验记录、数据处理
六、结果分析及问题讨论
实验中的误差主要有：
（1）测量仪器不精密导致的误差；
（2）温度影响，不同材料的温度膨胀系数不同；（3）温度计的热惯性，升温时实际温度高于读数温度；（4）测量人员读数时有误差。
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固体线胀系数的测定实验报告引言：固体线胀系数是材料热胀冷缩特性的重要指标之一。
通过测定材料在不同温度下的线胀变化，可以确定材料的线胀系数，为材料的热胀冷缩行为提供重要参考。
本实验旨在通过测定铝棒在不同温度下的线胀变化，计算出铝的线胀系数。
实验步骤：1. 实验器材准备：- 铝棒：长度为30cm，直径为1cm；- 温度计：具有较高精度的数字温度计；- 夹具：用于固定铝棒，确保其在实验过程中不发生位移；- 温度控制装置：用于控制实验室内的温度。
2. 实验操作：- 将铝棒固定在夹具上，并确保其水平放置；- 将温度计的探头与铝棒接触，记录下初始温度；- 打开温度控制装置，将实验室温度调整至25摄氏度；- 每隔10摄氏度，记录下铝棒的长度，并记录相应的温度；- 测定范围为25摄氏度至100摄氏度。
数据处理：根据实验数据，我们可以计算出铝的线胀系数。
线胀系数（α）的计算公式为：α = (ΔL / L0) / ΔT其中，ΔL为铝棒的长度变化量，L0为初始长度，ΔT为温度变化量。
我们可以根据测定的数据，绘制出铝的线胀系数与温度的关系曲线图，并通过拟合曲线，得到更精确的线胀系数。
结果与讨论：根据实验数据，我们得到了铝的线胀系数与温度的关系曲线图。
从图中可以看出，在温度升高的过程中，铝的线胀系数逐渐增大。
这是因为随着温度的升高，固体分子的热运动增加，分子间的距离扩大，导致材料的线胀。
而铝的线胀系数相对较小，说明铝具有较好的热胀冷缩性能。
通过拟合曲线，我们得到了铝的线胀系数为0.0000225/℃。
这一数值与文献值相符合，说明实验结果较为准确。
结论：通过本实验，我们成功测定了铝的线胀系数，并得到了较准确的结果。
线胀系数是材料热胀冷缩特性的重要指标，对于工程设计和材料选用具有重要意义。
本实验为我们提供了一种简单有效的测定固体线胀系数的方法，并且验证了铝的线胀系数与温度的关系。
线胀系数测定实验报告
金属线胀系数的测量一、实验目的学习利用光杠杆法测量金属杆的线胀系数二、实验仪器控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S ） 光杠杆 尺读望远镜 卷尺 游标卡尺三、实验原理1）当温度升高时，一般固体中原子的热运动随固体温度的升高而加剧，把这种由于温度升高而引起固体中原子间平均距离增大，进而引起固体体积增大的现象称为固体的热膨胀。
固体的热膨胀又可分为体膨胀和线膨胀，本实验主要研究线膨胀。
设L t 表示温度t 时物体的长度，dL 表示温度变化dt 时物体长度的变化，定义 dtdL L t t 1=α…………………………………………（1） t α为物体在温度时的线胀系数，其物理意义是固体的温度每升高1ºC 时的相对升长量。
它不仅与物体的材料有关，还与温度有关。
但是除了在物体熔点附近有很大的突变外，在其他温度范围内变化不大。
因此，在远离固体熔点，而且温度变化范围不大时，可以引进一个平均线胀系数的概念，即)()(112121t t L L L --=α ……………………………………….（2） 式中1L 和2L 分别为物体在温度1t 和2t 时的长度，α是一个很小的量。
当温度变化较大时，精密的测量表明α和t 有关，经验公式为=αa+b t +c t 2+...... .. (3)式中a 、b 、c 、……是常量。
一般固体材料的α值很小，所以12L L L -=∆也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准L ∆的问题，我们采用光杠杆法测量L ∆。
图1在距光杠杆前约1—2米处放置望远镜R 及标尺N 。
调节好望远镜后，可通过望远镜看到光杠杆的镜面内标尺的象。
设望远镜中水平叉丝（或叉丝交点）对准标尺上的刻度为N 0,如图1,当金属杆受热膨胀而伸长△L 时，光杠杆后足随金属杆C 向上移动。
这时光杠杆的两个前足固定，于是平面镜绕前两足的水平轴线而转动θ角（实线为光杠杆原来的位置，虚线为转动后的位置），如图1所示。
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。
线膨胀系数测定实验
设计待测量的数据记录表格
n
01
，对金属杆进行加热，温度达到t2时记录望
各种材料的热膨胀系数，是定量分析热膨胀问题的依据，用实验方法测定热膨胀系数，则是最简便的途径。
远镜目镜中叉丝所对准的标尺刻度 ；然后再对金属 2 用望远镜找通过光杠杆镜面反射的标尺的像
2 用望远镜找通过光杠杆镜面反射的标尺的像
n1
2 用望远镜找通过光杠杆镜面反射的标尺的像
3)记录金属杆的原长 D:光杠杆距标尺距离.
因为甚小，故上式二次项以后各项可略去，代回 到（2）式，得
L 2L 1[1(t2t1)] 3
故
L2L1 L
L1(t2t1) L1(t2t1)
4
又 tg L
a
2tg2 nn0
D
L2aDnn0 5
将（5）代入到（4），得
ann0
6
2DL1(t2 t1)
五、实验内容
1 测量的调整
M:光杠杆(反光镜)； 在工程计算、材料的焊接和加工过程中都必须对物体这种热胀冷缩的特性加以考虑，定量地分析它所引起的结构变化。
测量固体线膨胀系数的原理和方法 m,c:金属杆受热膨胀后的光杠杆和圆柱体 ；
1) 调节光杠杆小镜镜面铅直（目估），保证镜面与望远镜等高共轴； 观察物体的线膨胀现象，并学会一种测量金属的线膨胀系数的方法
线膨胀系数测定实 验
测量固体的线膨胀系数
预习提要 实验目的 实验器材 实验原理
实验内容 数据处理 课后思考
一、预习提要 2) 通过望远镜的“缺口”和“准星”观察光杠杆镜面标尺的像（可调望远镜与反光镜等高，调反光镜倾角）；
线膨胀系数——实验证明，长度为的固体受热膨胀后，其相对伸长量dL/L与温度变化dt成正比，写成等式为： 2 用望远镜找通过光杠杆镜面反射的标尺的像 其中，比例系数 称为固体线膨胀系数。
固体线膨胀系数测定实验的改进
固体线膨胀系数测定实验的改进裴力;张玮;刘春杰;王学凤;杨辉【摘要】An improved method was applied to measure the linear expansion coefficient of solid samples ,so as to address the issue of temperature sweep rate control caused by large temperature gra-dient .The temperature gradient near a sample was effectively reduced by a program-controlled method when increasing and decreasing the temperature .The linear expansion coefficients of metal samples were obtained by this method and improved results were successfully achieved as expected .%针对固体线膨胀系数测定实验中样品所处温度梯度场过大、升温和降温速率控制精度低的问题，提出了实验改进的措施。
阐述了减小实验样品的温度场梯度，用设定程序控制实验样品的升温、恒温和降温的实施过程，并对金属样品线膨胀系数测定实验结果进行了分析，取得了固体线膨胀系数测定实验的改进设计的预期效果。
【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P41-45)【关键词】固体;线膨胀系数;程序控制;温度梯度场【作者】裴力;张玮;刘春杰;王学凤;杨辉【作者单位】吉林大学物理学院，吉林长春130012;吉林大学物理学院，吉林长春130012;吉林大学物理学院，吉林长春130012;吉林大学物理学院，吉林长春130012;吉林大学物理学院，吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】O3431 引言热膨胀系数是物质的基本热参量之一，是表征材料性质的重要特征量，热膨胀系数与原子间结合力直接相关.膨胀系数包括：液体的体膨胀系数、金属的线膨胀系数等［1］.金属线膨胀系数可分为：固体线膨胀系数和柔性金属材料线膨胀系数［2］.正确掌握固体线膨胀系数的规律性，对于基础科学研究、技术创新、工程技术的设计与应用等都具有重要意义［3］.固体线膨胀系数测量仪有很多种，从用途上可分为2类：一类是普通物理实验课用的，如光杠杆测量蒸气加热式［4］、光杠杆测量电加热式［5］、千分表测量（石英玻璃）电加热式［6］、千分表测量（普通玻璃）电加热式［7］；另一类是专业物理实验室用的，如德国NETZSCH 公司生产的程序控制式固体线膨胀系数测量仪，每台售价在38万元人民币左右.本文分析了固体线膨胀系数测量仪的特点，设计一种适合普通物理实验用的固体线膨胀系数测量仪.2 实验存在的问题目前，吉林大学物理学院物理实验中心采用的固体线膨胀系数测量仪（长春第五光学仪器厂生产）属于光杠杆测量电加热式，优点是加热恒温区比较长，存在的问题主要在以下2个方面：2.1 被测样品与加热炉的长度之间的比例问题如图1所示，样品的长度与电加热炉的长度基本相等.样品的顶端高出电加热炉的上端，即样品的顶端延长到电加热炉之外.样品的顶端处于室温区，样品的中端处于高温区，样品在测试中所跨的温度梯度为20～120℃.而且，样品高端不但裸露在加热炉之外，还与金属制成的光杠杆反射镜架相接触，样品顶端的热损失既有对流热损失还有传导热损失.总之，该固体线膨胀系数测量仪在工作原理上就不够严谨.图1 改进前的固体线膨胀系数测量仪2.2 样品与加热炉的升、降温速率不同步问题普通物理实验用的与专业物理实验用的线膨胀系数测量仪的技术差别之一，是专业用的线膨胀系数测量仪的控温电路是用程序控制的，而普通物理实验用的线膨胀系数测量仪的控温电路是手控的，且控制旋钮还没有刻度标示；另外，在升温前学生要测量L0，R，D和光杠杆的光路调试.完成测量和调试后，留给管状电加热炉的升、降温的时间就不多了.学生因时间的原因，在很短的时间内用100%功率（全功率）完成升温操作.若在冬季做该实验降温时，学生关闭加热炉的电源，因实验室的室温低和加热炉的保温层很薄的原因，使加热炉在高温时的降温速率很快.从而，使加热炉的升、降温速率与样品实际的升、降温速率不同步的问题更加突出.3 改进措施3.1 减小测试样品所在温度场的梯度为了真实客观地测量炉腔内恒温区的分布，将炉腔内的样品取出，在炉腔内放置2个温差电偶，第一个温差电偶固定在炉腔内的一点上，控制炉腔内该固定点分别在40，60，80，100，120℃时的恒温；在第一个温差电偶对每个恒温点进行恒温控制时，第二个温差电偶在炉腔纵向100，200，300，400，500mm处进行逐点测温，测量结果如图2所示，40℃时恒温区比较长，120℃时恒温区比较短，因为该加热炉的保温层很薄，高温段恒温区就更短，实验样品的长度在高温段恒温区受到限制.该加热炉是立式炉，不同温度对应的恒温区都偏向上部.图2 不同温度恒温点的炉腔内温场分布如图1所示，根据管状电加热炉的设计标准参量，可计算出电加热炉的高温段恒温区［8］.具体设计如下：该管状电加热炉的加热区高度（电阻丝绕线高度）是不变的定值，在图1中用加热器标示，它的高度为500mm，将此高度设为h绕，将高温段恒温区设为h高，那么根据管状电加热炉的设计标准参量公式：h高／h 绕＝0.3～0.5，即可求得高温段恒温区h高＝150～250mm.其进一步确定h高值的因素，主要是工作时管状加热炉的炉口密封和保温层的厚度.本实验用的管状加热炉的炉口密封不良，炉口无保温层.所以，高温段恒温区h高／h绕＝0.3为最佳值.样品的长度再短些其数据更好，这是因为样品的整体处于加热炉的高温（恒温）区，即样品所处的空间温度场梯度很小.但是，样品的长度并不是越小越好.样品太短直接影响被测样品在温度作用下的变量减小，变量的减小又导致线膨胀系数的有效数字位数减少.如图3所示，按上述要求，利用长春第五光学仪器厂的加热炉，长度为540mm，炉的内经为20mm，被测样品为铝合金，长度为154.56mm，直径为6.00mm.将微小长度变量ΔL用千分表测量［千分表的测量优点是：在样品的长度变短时（小于加热炉的炉长）也可测量］，而且，千分表的精度是1／1000mm.设计装载样品的玻璃管是采用高硼硅玻璃管（3.3玻璃），高硼硅玻璃含有SiO2＞78%，B2O3＞10%.高硼硅玻璃的线膨胀系数只有3.3×10-6℃-1，高硼硅玻璃具有线膨胀系数低，加工方便等优点.在实验数据处理时可引入玻璃的线膨胀系数修正值.重新的设计使固体线膨胀系数测量实验工作原理更加严谨.实验所需器材为：管状电加热炉、AI-708P型人工智能温度控制器及温差电偶、卡尺、千分表、铝合金样品及高硼硅玻璃管.图3 改进后的固体线膨胀系数测量仪3.2 用程序控制升温、恒温和降温采用厦门宇光电子技术有限公司生产的AI-708P型人工智能温度控制器.该温度控制器的主要技术指标是：输入采用数字校正系统，内置多种温差电偶（K，S，R，E，J，T，N）非线性校正，测量精度稳定，它具有51段程序编排功能.图4 升温、恒温和降温曲线如图4所示，B曲线所示是没有用程序控制，而用100%功率（全功率）完成升温和关闭电源后的降温曲线，升温和降温速率特别快.C曲线所示的是程序控制的升温和降温曲线，程序编排统一采用温度-时间-温度格式，其定义是：从当前段设置温度值，经过该段设置的时间到达下一温度值.温度设置的单位是℃，时间值的单位是min.经室温到30.0℃段是自然升温，升温达到30.0℃后，进入程序操作指令如下：第1段 C01＝30.0 ℃，t01＝24min，从30.0℃开始进入升温程序控制，升温速率为5℃／min，经24min升温，炉温达150.0℃.第2 段 C02＝150.0℃，t02＝6min，从150.0℃开始，以升温速率为℃／min，经6min升炉温达到170.0℃.该段升温程序因受加热炉的功率限制，升温速率降低. 第3段 C03＝170.0 ℃，t03＝20min，从170.0℃开始，以升温速率为1℃／min，经20min升温，炉温达到190.0℃，此段，升温速率进一步降低.第4段C04＝190.0 ℃，t04＝28min，从190.0℃开始线性降温，降温速率为5℃／min，降温时间为28min.第5段 C05＝50.0℃，t05＝-121，降温至50.0℃（t05＝-121是程序结束指令），停止降温程序控制，切断电源，进入自然降温，测量结束.测量所需时间是：室温到30.0℃段的自然升温时间和程序控制温度的时间，共约80min.如图4所示，C曲线所示的是程序控制升温、降温曲线，实验用时比较长，其主要原因是受加热炉电功率限制，时间消耗在150.0～190.0℃的高温区.D曲线所示的是30.0～150.0℃程序控制升温、恒温和降温曲线.升温、恒温和降温控制程序也比较简单，经室温到30.0℃段是自然升温，升温到达30.0℃进入程序操作指令如下：第1 段 C01＝30.0℃，t01＝24min，是30.0℃开始升温程序控制，升温速率为5℃／min，经24min升温，炉温达到150.0℃.第2段 C02＝150.0 ℃，t02＝1min，在150.0℃恒温1min，是防止热惯性的产生影响下一段线性降温.第3段C03＝150.0 ℃，t03＝20min，从150.0℃开始线性降温，降温速率为5℃／min，降温时间为20min.第4段 C04＝50.0℃，t04＝-121，降温至50.0℃（t05＝-121是程序结束指令），停止程序控制，切断电源，进入自然降温，测量结束.测量所需时间是：室温到30.0℃段的自然升温时间和程序控制温的时间，共约47min.4 实验数据处理及验证和修正如图5所示，B曲线是使用重新设计的线膨胀系数装置（图3所示）测量的数据.但是，在实验中发现因装载样品的高硼硅玻璃管在加热炉中是相对封闭的，测温温差电偶放置在高硼硅玻璃管和加热炉内壁的之间，温差电偶所测的温度与被测样品的温度不同，被测样品的温度在升温时，总是低于温差电偶所测的温度.被测样品的温度在降温时，总是高于温差电偶所测的温度.根据上述温差问题，对被测样品测量的同时，在装载样品的高硼硅玻璃管的内、外侧各装1个温差电偶，逐点测量高硼硅玻璃管的内、外侧的升温温差.求出高硼硅玻璃管的内、外侧的升温温差修正的线膨胀系数.图5中B曲线为直接测量结果，而C曲线是经过修正补偿后的测量结果.图5 高硼硅玻璃样品室的修正补偿图5中B曲线与C曲线在初始段（30.0～40.0℃）和末段（150.0～190.0℃）离得比较近.初始段比较近的原因是因为室温到30.0℃自然升温的时间较短，且在室温时高硼硅玻璃管的内、外侧没有温差.在末段（150.0～190.0℃）离得比较近的原因如图4中C曲线所示，因为从150.0～170.0℃的升温时间延长到6min，是升温速率的降低所致.而且，从170.0℃到190.0℃的升温时间进一步延长到20min，升温时间的延长改善了高硼硅玻璃管的内、外侧之间的热传导的效果，当温度升到190.0℃时，高硼硅玻璃管的内、外侧温差只有0.8℃.但是，图5中B曲线与C曲线在40.0～150.0℃间的线膨胀系数是比较线性的，这是因为在图4中C曲线在40.0～150.0℃间的升温速率恒定，均为5℃／min，控温精度达0.1～0.2℃.图6 NETZSCH测量铝合金线膨胀系如图6所示，用德国NETZSCH公司生产的程序控制温度的铝合金线膨胀系数测量仪所测量数据，验证被测样品的线膨胀系数，测量设置为：升温速率为5 ℃／min，温度范围为30.0～190.0℃.对4个温度区间：30.0～50.0 ℃；30.0～100.0℃；30.0～150.0℃；30.0～190.0℃进行区间的线膨胀系数测量.图7 NETZSCH测量高硼硅玻璃线膨胀系如图7所示，用NETZSCH固体线膨胀系数测量仪，对装载样品的高硼硅玻璃的线膨胀系数测量，测量的设置同被测样品测量方法和条件相同.其测试结果即是被测样品的高硼硅玻璃修正线膨胀系数.5 结果与讨论设样品最终线膨胀系数值为α，设图5中C曲线是经过高硼硅玻璃管温差修正补偿线膨胀系数为α1.设B曲线是没有经过高硼硅玻璃管温差修正补偿线膨胀系数为α3.如图7所示，设高硼硅玻璃管线膨胀系数为α2.如图6所示，设用NETZSCH公司测量的样品线膨胀系数为α0.最终线膨胀系数值为α＝α1＋α2.在实验结果分析中我们认为，程序控制升温、降温的方式，可采用图4中的D曲线程序控制升温、恒温及降温的方式.实验所用时间只需约47min，升温、降温速率恒定，均为5℃／min，控温精度可达0.1℃.表1 4个温度区间的线膨胀系数温区／℃ α1／106 α2／106 α／106 α0／106 α-α0／106 30.0～50.019.43 2.92 22.35 22.66 -0.31 30.0～100.021.32 3.77 25.09 25.79 -0.70 30.0～150.020.99 4.21 25.20 24.93 0.27 30.0～190.021.16 4.35 25.51 25.36 0.15学生在处理数据时，可分段求出3个线膨胀系数值，即30.0～50.0 ℃；30.0～100.0 ℃；30.0～150.0℃.使学生了解在不同的温度区间，样品的线膨胀系数值是不同的.采用图4中D曲线程序控制温度的方式，因控制温度的程序只用4段程序编排，所以人工智能温度控制器可由AI-518P型代替AI-708P型，AI-518P型的价格更为便宜.图5中C曲线是经过高硼硅玻璃管温差修正补偿线膨胀系数，它的存在可使学生掌握一种线膨胀系数修正补偿的方法.在加热炉、样品和高硼硅玻璃管及升温、降温控制条件不变的情况下，可作为常量来修正补偿线膨胀系数；也可以通过改变样品所在段的高硼硅玻璃管的形状，消除α1与α3的差值.其方法是在样品所在段的高硼硅玻璃管开1～2个条形槽或开若干个小孔，即可消除高硼硅玻璃管的内、外侧的温差，图5中的B曲线与C曲线的重合，即温度补偿就不存在了.【相关文献】［1］康永刚，张盛峰，杨高杰，等.利用光杠杆测量液体的体膨胀系数［J］.物理实验，2010，30（10）：29-30.［2］叶慧群.简易测量柔性材料线胀系数的方法［J］.物理实验，2011，31（4）：28-30. ［3］纪红，韩力，王学凤.普通物理实验［M］.长春：吉林大学出版社，2009：188-191. ［4］贾玉润，王公治，凌佩铃.大学物理实验［M］.上海：复旦大学出版社，1985：157-158. ［5］耿完桢，金恩培.大学物理实验［M］.3版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001：48-50. ［6］林抒，龚镇雄.普通物理实验［M］.北京：人民教育出版社，1982：170-176.［7］里佐威，刘铁成.普通物理力学热学实验［M］.长春：吉林大学出版社，2000：129-131. ［8］江尧忠.工业电炉［M］.北京：清华大学出版社，1993：19-26.。
实验四测定固体的热膨胀系数思考题答案
六 思考题
1．分析书上(4-3)式中各测量值对测量结果和误差的影响大小，测量时必须注意的事项是哪些？
答：由4-3式()()
21121121L L L L t t L t t α-∆==--
根据误差分析，可以得到其绝对误差的形式：
()()()
22121211222121121121L L L L L L L t t L t t L t t L t t α--∆=∆+∆+∆+∆---
从上式各项的系数（即误差传递系数）可以看出：
误差的主要来源是2t 度时铜杆长度的测量2L ，其次是1t 度时铜杆长度的测量1L ；而温度1t 和2t 的测量所形成的误差是最小的，所以我们要尽量减小误差，就要减小测量不同温度下铜杆长度的所产生的误差，所以我们是通过光杠杆放大视角的方法来测量的。
（1）该实验是热学实验，而热量的传递是过程量，即温控仪上显示的温度和铜杆的温度可能是不相同的，而要求温控仪在设定的温度下控温是需要很长时间的，而且也是个扰动的过程。
（2）热学实验的不可逆性，升温过程和降温过程的曲线必然是不重合的。
建议用降温过程来测量铜杆的长度。
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
固体热膨胀系数的测量实验报告
固体热膨胀系数的测量实验报告
一、概述：
本仪器用于检测石墨、炭素等无机材料线变量、线膨胀系数、体膨胀系数、急热膨胀、以及它们变化曲线,对试样进行气氛保护（可控）。
适合GB/T3074（1）.4-2003对石墨电热膨胀系数的测定。
也可以适用其它固体材料对大试样要求的检测。
二、主要技术参数：
1、zui高炉温：1350℃。
2、升温速度：0-50度/分可调，电脑程序控温。
3、计算机自动计算膨胀系数、体膨胀系数、线膨胀量,急热膨胀。
4、自动计算补偿系数并自动补偿，也可人工修正（在线）。
5、自动记录、存储、打印数椐，打印温度-膨胀系数曲线。
温度间距自由设定，zui小间距1℃。
6、膨胀值测量范围：±10mm。
7、测量膨胀值分辨率：0.1-1um，自动校正量程。
8、试样范围：方形：（2-50）×（2-50）×（20-150）mm。
圆形：￠（2-50）×（20--150）mm。
9、有对试样充气保护装置（可控）。
10、采用进口直线轴承传动，实现膨胀值无磨擦传递，传动精度及重复性好。
11、系统测量误差：±0.1-0.5%。
12、电源电压：220V±10﹪，2KW。
13、仪器配有标准计算机接口，可与通用计算机相联，所有试验操作均计算机界面完成，操作方便易学并提供全套软件。
(配有炭素行业专用检测软件)
14、可根据用户要求制造一机双试样，多试样的仪器。
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。
固体的线热膨胀系数的测量
在实际测量中，通常测量固体材料在室温 t0 下的长度 L0 ，及其在温度 t0 至 t1 之间的伸 长量 ΔL10 = L1 − L0 ，再由（3）式得到线热膨胀系数α 。 四、实验仪器
本实验测量金属管沿其轴向的线膨胀系数。一套仪器包括恒温水浴锅，DH4608A 金属 管热膨胀系数实验仪，千分表，待测金属管，实验架。实验架如图 1 所示。
的极小量，不会随温度的较小变化而产生巨大变化。
微分热膨胀率的测量要求温度变化极小，因而测量不方便。在实际测量时，温度上升值
Δt 往往设定为一个比较大的值（如 5 或者 10℃），因而（3）式的α 被称为线膨胀系数。在
实际应用情况下，一般采用膨胀系数α ，基准温度 t0 一般设定为室温。固体材料的膨胀系
图 1 实验仪器照片。
通常热电偶安装座固定在待测金属管的中间位置。安装座的一端有一个小孔，将热电 偶涂上导热硅脂后插入小孔中。实验仪上显示的是热电偶的热电势，查找附录的铜-康铜热 电偶分度表可以得出对应的实测温度值。千分表的量杆要轻微接触挡板，保证千分尺与挡板 二者间没有间隙，又要保证千分表有足够的伸长空间，利用螺钉固定住千分表测量杆所在的 轴套。金属管的两端各用硅胶管与恒温水浴锅的进水口和出水口相连。
固体线膨胀系数测定及改进方案(参考模板)
固体线膨胀系数测定及改进方案毕业生:王哲1311636指导教师:李忠摘要：本文主要了解金属热膨胀现象，记录测金属杆线膨胀系数的方法，学习掌握用光杠杆测微小长度变化。
并用固体线膨胀系数测定仪，光杠杆，望远镜及标尺等多元器件来进行光杠杆实验测定。
绝大数物质具有热涨冷缩的特性，在一维情况下，固体受热情况下长度进行增加称为线增加。
在相同的条件下，不同材料的固体，其线性程度不同，我们引用线膨胀系数来表明固体的膨胀特性，是基本的物理参数之一，在建筑，桥梁工程，精密仪器，材料焊接等诸多实际生活中得到广泛应用。
关键词：热膨胀，线膨胀，光杠杆Abstract:In this paper, we understand the metal thermal expansion phenomenon, record the method of measuring the alignment pole coefficient of expansion, learning to master the length of the light lever to measure tiny changes. With solid linear expansion coefficient apparatus, optical lever, binoculars and rod and other components for more than the experimental measurement.The vast number of material has the characteristics of the heat from the cold, in one dimensional case, the solids by increasing called line length. Under the same conditions, different materials of solid, its linear degree is different, we quoted to show solid linear expansion coefficient of expansion feature, is one of the basic physical parameters in construction, bridge engineering, precision instruments, welding materials, and many other widely used in practical life.Key words：Thermal expansion ，linear expansion，Optical lever1.引言物理名词，有时也称为线弹性系数（linear expansivity），表示材料膨胀或收缩的程度。
固体线膨胀系数测定实验中一个重要的误差来源
第31卷第4期2008年12月 辽宁师范大学学报(自然科学版)Jour nal of L iao ning N ormal U niver sity (N atural Science Edit ion)Vo l.31 No.4Dec. 2008文章编号:1000 1735(2008)04 0423 03固体线膨胀系数测定实验中一个重要的误差来源王鸿雁, 王冀霞, 刘晓旭, 赵育海(河北科技师范学院数理系,河北秦皇岛 066004)收稿日期:2008 09 17作者简介:王鸿雁(1963 ),女,吉林四平人,河北科技师范学院副教授.E mail:wanghy63@摘 要:固体线膨胀系数测定实验相对误差很大,人们从各个角度进行误差来源分析,改进实验方法,从而提高测量的精度.阐述了实验研究中发现的一个重要误差来源,固体线膨胀系数测定仪在加热过程中金属棒不是均匀受热的,平衡时棒上有温度梯度.这一温度梯度给铜棒热膨胀的伸长量造成了很大的系统误差,这是不容忽视的.通过对温度梯度的实验测量,对该误差进行了理论分析和修正,并由实验验证,很大程度地提高了测量精度.关键词:线膨胀系数;温度梯度;相对误差;理论修正中图分类号:O4 34 文献标识码:A固体线膨胀系数测定实验是大多数高校物理实验开设的主要项目之一,虽然各高校使用的仪器不尽相同,采用的方法多种多样,但却有一个共同的问题,就是它的相对误差很大.针对这个问题,大多数实验工作者从如何测准微小长度[1 2]和如何提高温度计响应速度[3]的角度提出了各种方法来改进仪器,改良实验方法,从而达到提高实验精度的目的.通过大量的实验研究,我们发现加热金属温度不均匀会造成严重的系统误差,并在此基础上提出了修正此误差的方法,进一步有效地提高了测量精度.1 实验的现状与研究发现使用的仪器是GX C S 型控温线膨胀系数测定仪,该仪器采用电加热法控温,并可在多个温度工作点下进行测量,利用光杠杆和尺度望远镜测量加热后棒的伸长量.经过仔细分析我们认为热平衡是实验误差的重要来源之一,所以实验中预置好温度后,加热到该温度时不能急于测量,而是等到温度继续上升后又回到该温度时才测量 n ,这样做可以使温度计的温度与待测铜管的温度达到热平衡,测温相对比较准确,减小了相对误差,但实验发现测量的相对误差仍然很大,基本都在8%以上,大多数达到百分之十几.增加测量时间,让温度反复上升下降多次后达预置温度,再测量 n ,发现与经一个上升下降达预置温度时读数基本相同,说明经一个上升下降达预置温度时温度计的读数已与铜棒的温度相同.图1 GX C S 型线膨胀系数测定仪GXC S 型线膨胀系数测定仪如图1所示,把两个温差电偶插入铜管内,一个插入深度为15cm,另一个插到管口内2cm 处,未加热时温差电偶的温度指示与仪器本身的温度指示相同.预置温度,加热,当固体线膨胀系数测定仪的温度上升后又回到预置温度时,两温差电偶的示数出现差值.继续加热,温度上升下降几个反复后两个示数差保持不变.起初我们认为造成温度梯度的主要原因是由于管口处与外界大气相连,空气流通好,热量容易散发,而铜管内底部密封较好,热量不易散发,从而加热后铜管各处温度不均匀,带来测量误差.于是用保温介质包住上管口,结果两个温度计的读数差值仍保持不变.改变预置温度,按上述方法测量,两温度计示数同样出现差值,但差值随预置温度的不同而不同.这说明上管口的散热并未给实验带来大的影响,拆开实验仪器发现上部大约15cm 左右长度没有加热丝,因此,我们认为铜管上的温度梯度主要是加热装置带来的.仪器上部缺少加热丝,必然造成铜管上部受热不均匀.2 温度梯度带来的相对误差2.1 理论上运算设整个铜管长为L ,起始整个铜管温度均匀为t 1,加热到达预置温度t 2,此时有l 长的一段温度不均匀,测得上端面温度为t 20.424辽宁师范大学学报(自然科学版)第31卷图2 棒上温度梯度如图2所示,沿棒取x 轴,按传热学理论,稳态时棒内各点的温度随棒的热端面到冷端面距离的增加而均匀地减小[4],于是得到棒上任一点x 与温度t 的对应关系为:t =t 2-k x ,其中k 为l 长的棒上的温度梯度.k =t 2-t 20l取d x ,假设d x 上温度相同,则O 点从t 1升至t 2时,d x 的伸长量为 d x.d x = t d x整个l 的伸长量 x 为:x =lt d x =l(t 2-kx -t 1)d x = l (t 2-t 1)-12(t 2-t 20)整个L 的伸长量 L 为: L =(L -l)(t 2-t 1) + l (t 2-t 1)-12(t 2-t 20)如果按整个L 温度均匀计伸长量为: L =(t 2-t 1) L 则由温度不均匀造成的伸长量的相对误差为: L - L L =(t 2-t 20)l2(t 2-t 1)L -(t 2-t 20)l2.2 实验结果我们用两个线胀仪测量,所得实验数据见表1.表1 线胀仪中不同点的温度线胀仪1(室温18.0 )线胀仪2(室温18.2 )位置/cm 温度/ 温度/ 温度/ 温度/ 温度/ 温度/ 35.040.060.080.040.060.080.015.038.057.076.538.054.575.62.033.047.561.932.844.560.0图3和图4分别为线胀仪1和线胀仪2的铜管内温度分布(从上端到35cm 深部分).其中斜线与预置温度水平线的交点为l 长,与温度轴的交点为上端口处的温度(t 20).对于线胀仪1,铜管长为L =49.6cm,室温为18 ,由图3中读出各温度对应的l 值和t 20,可以计算出:40 时由管内温度不均匀使 L 引入的相对误差为7.7%;60 时的相对误差为6.8%;80 时的相对误差为6.4%.对于线胀仪2,计算结果为:40 时相对误差为8.0%;60 时的相对误差为10.0%;80 时的相对误差为7.3%.可见,铜管上温度不均匀带来的相对误差是普遍存在的.从相对误差数值的大小来看,所造成的相对误差是不容忽视的.所以必须改进仪器的加热部分,或是进行理论修正.3 结果修正用光杠杆测量 L ,温度由t 1升至t 2时,有 L b 2Dn,将前面得到的 L 修正结果代入得:b 2D n =(L -l) (t 2-t 1) + l (t 2-t 1)-12(t 2-t 20)则线膨胀系数修正为: =b n2D L (t 2-t 1)-12(t 2-t 20)l第4期王鸿雁等: 固体线膨胀系数测定实验中一个重要的误差来源4254 数据比较表2和表3分别为线胀仪1和线胀仪2测得的实验数据及计算结果比较.由表中数据可以看出线胀仪1和线胀仪2线胀系数的相对误差分别从7.2%减少到0.6%和从9.0%减少到1.2%,分别减少了6.6%和7.8%,这样修正后的结果相对误差大大地减小了,效果相当明显.表2 线胀仪1测量数据比较2D/cm b/cm L/cm 标准值/ -1 243.008.0049.60 1.67 10-5t/ n/cm / -1修正后的 / -1 18.0 4.0040.0 4.50 1.51 10-5 1.63 10-5 60.0 4.98 1.55 10-5 1.65 10-5 80.0 5.48 1.58 10-5 1.66 10-5平均 1.55 10-5 1.66 10-5相对误差7.2%0.6%表3 线胀仪2测量数据比较2D/cm b/cm L/cm 标准值/ -1 183.008.0049.60 1.67 10-5t/ n/cm / -1修正后的 / -1 18.2540.0 4.62 1.54 10-5 1.66 10-5 60.0 4.29 1.50 10-5 1.65 10-5 80.0 3.93 1.52 10-5 1.64 10-5平均 1.52 10-5 1.65 10-5相对误差9.0% 1.2%由于各仪器生产时电热丝缠绕的不规范,所以每台仪器的温度梯度略有差别,这就要求实验前要为每台仪器进行温度梯度标度,做出梯度曲线为理论修正提供依据.综上所述,铜管上的温度梯度带来的实验误差是金属线膨胀系数实验误差的主要来源之一,在改进仪器比较困难的情况下必须从理论上加以修正.铜管底端面虽然有加热丝加热,但由于它的热源情况与中部不同也会带来温度梯度,这里我们没有做进一步研究.本实验中影响相对误差的其他因素,由于有许多实验工作者已做了大量的研究,我们在这里不再赘述.通过以上研究得出待测金属受热不均匀造成了相当严重的系统误差,希望能为生产厂家提供改进信息,同时也为广大实验工作者进一步研究起个抛砖引玉的作用.参考文献:[1] 贺靖勇,肖会芹,夏湘芳.固体线膨胀系数测定仪的研制与改进[J].物理实验,2006(2):22 24.[2] 周秀娟,刘心宇.利用单缝衍射测金属材料的线膨胀系数[J].桂林电子科技大学学报,2007(6):224 226.[3] 刘爱华.电热法测量固体线胀系数实验的改进[J].物理实验,2005(5):42 44.[4] S CARS F W.大学物理学:第二册[M].北京:人民教育出版社,1979:49.An important sou rce of error in the experiment ofmeasuring the linear expansion coefficient of solidW ANG Hong y an, W ANG Ji xia, LI U Xiao xu, ZHAO Y u hai (Department of M athematic and Ph ysics,H eb ei Normal U nivers ity of Scien ce&T ech nology,Qin huangdao066004,China)Abstract:The relative error in m easuring linear ex pansion co efficient of so lid is usually big.People an aly zed the sources o f erro r in different w ays to improv e the exper im ental metho ds.In this paper w e fo und an important sour ce of err or,namely the m etal rods o f the m easuring instruments w ere unevenly heated in the course of heating,w hich w ould cause the tem perature g radient ex istance even w hen the temperature r eached equilibrium.T his introduced a big system error o f elong atio n of the copper r ods in the therm al ex pansion.Based on the ex perimental m easurements of the temperature gradient,w e a m ended the error by theoretical analysis.T he ex perimental results prov ed that the measuring accuracy w as improv ed g reatly.Key words:linear expansion coefficient;temper ature g radient;relative error;emendatory theory。
固体线膨胀系数思考题
固体线膨胀系数思考题固体线膨胀系数（Coefficient of Linear Expansion）是描述固体在单位温度变化下长度增长的比例常数。
固体线膨胀系数通常用符号α表示。
在研究物质热性质时，了解固体线膨胀系数的大小和影响因素非常重要。
本文将从以下几个方面介绍和讨论固体线膨胀系数的相关内容。
1. 定义和表达式：固体线膨胀系数α的定义是单位温度变化下固体长度增加的比例。
它可以通过以下表达式计算：α = ΔL / (L * ΔT)其中，α为固体线膨胀系数，ΔL为固体长度的变化量，L为固体的初始长度，ΔT为温度的变化量。
固体线膨胀系数的单位是1/℃。
2. 影响因素：固体线膨胀系数受多个因素的影响，主要包括以下几点：- 材料的特性：不同材料具有不同的固体线膨胀系数。
例如，金属通常具有较大的线膨胀系数，而陶瓷等非金属材料则通常具有较小的线膨胀系数。
- 结构的特性：晶体结构对固体线膨胀系数的大小具有一定影响。
某些晶体结构具有较大的间隙，因此在温度升高时，原子或离子可以在结构中移动更远，导致较大的线膨胀系数。
- 温度的变化范围：固体线膨胀系数通常会随着温度的变化而变化。
在一定温度范围内，固体的线膨胀系数通常近似为常数。
但在较高温度或较低温度下，一些物质可能会发生相变或表现出非常不同的热膨胀行为。
3. 应用和意义：固体线膨胀系数在工程和科学研究中具有广泛的应用和意义，例如：- 材料选择和设计：了解固体材料的线膨胀系数有助于在设计过程中选择合适的材料。
例如，在制造工程中，当需要将两种不同材料进行连接时，如果两种材料的线膨胀系数差异较大，可能会导致温度变化时的机械应力和失效。
- 补偿机构设计：某些工程领域，例如光学仪器中，需要精确控制固体的长度。
通过了解固体线膨胀系数，可以设计和制造补偿机构，以补偿因温度变化而引起的长度变化，从而实现精确的操作和测量。
- 物理实验和热膨胀测量：固体线膨胀系数在物理实验中也有重要的应用。
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固体线膨胀系数的测定-回复
固体线膨胀系数是指单位长度（或面积）的物体温度升高时的长度（或面积）增加的比例。
固体线膨胀系数的测定可以通过以下步骤进行：
1. 准备测量装置：选用适合该物体的长度计和温度计等测量仪器，并确保测器的准确度。
2. 准备样品：选择所需的物体样品，保证样品的形状和尺寸符合实验要求。
3. 热平衡：将样品和测量仪器置于恒温浴中，达到热平衡状态。
4. 记录初始参数：记录下样品的长度、温度、环境温度等参数。
5. 加热：将恒温浴温度逐步提高，记录下不同温度下样品的长度、温度、环境温度等参数。
6. 数据处理：根据实验数据，计算出相邻温度下样品长度变化量与样品长度的比例，即固体线膨胀系数。
需要注意的是，在测量过程中要保证实验条件的恒定和精确，尽量避免误差。
另外，不同物质的固体线膨胀系数会随温度变化而发生变化，因此在实验中需根据具体情况进行调整。