实验11电热法测固体的线胀系数教学内容
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。
固体线胀系数测定实验
固体线胀系数测定实验一般物质都有热胀冷缩的特性，在相同的条件下，不同的金属其膨胀程度是不同的，通常用单位长度的膨胀率来描述金属的膨胀特性。
线膨胀系数的测定，关键是测量金属受热后微小长度的变化，本实验用固体线膨胀系数测定仪测量不同样品的线膨胀系数。
【实验目的】1．学习温度传感器的使用；2．测定不同材料的线膨胀系数。
【实验原理】在一定温度范围内，原长为L的物体受热后伸长量L，它与温度的增加量近似成正比，与原长也成正比，即：式中为固体的线膨胀系数，它是固体材料的热学性质之一。
实验证明，不同材料的线膨胀系数是不同的。
本实验可对铁棒、铜棒、铝棒进行实验。
恒温控制仪使用说明：1）当面板电源接通数字显示为“FdHc”表示本公司产品，随后即自动转向“A××．×”表示当时传感器温度，显示“b”表示等待设定温度。
2）按升温键，数字即由零逐渐增大至用户所需的设定值，最高可选80度。
3）如果数字显示值高于用户所需要的温度值，可按降温键。
直至用户所需要的设定值。
4）当数字设定值达到用户所需的值时，即可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯亮，发光频闪与加热速率成正比。
5）确定键的另一用途可作选择键，可选择观察当时的温度值和先前设定值。
6）用户如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。
【实验器材】线膨胀系数测定仪。
【实验内容】1．接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。
2．旋松千分表固定螺栓，转动固定架至使被测样品（直径8mm，长400mm金属棒）能插入特厚壁紫铜管内，再插入不良导热体（不锈钢）用力压紧后转动固定架，在安装千分表架时注意被测物体与千分表头保持在同一直线。
3．将千分表安装在固定架上，并且扭紧螺栓，不使千分表转动，再向前移动固定架，使千分表读数值在0.2-0.3mm处，固定架给予固定。
然后稍用力压一下千分表滑络端，使它能与绝热体有良好的接触，再转动千分表圆盘读数为零。
4．接通温控仪的电源，设定需加热的值，一般设置为50，55，60度等，按确定键开始加热。
实验11电热法测固体的线胀系数
实验11 电热法测固体的线胀系数当固体温度升高时，由于分子的热运动加剧，固体分子间平均距离增大，结果使固体体积发生膨胀；反之当温度降低时，固体体积就会收缩 ，这就是“热胀冷缩”现象。
任何固体都具有“热胀冷缩”特性，材料的热胀系数就是表示物质的“热胀冷缩”特性的，是物质的基本属性之一。
在建筑设计、工程施工及机械加工制造等工程技术中，常常需要知道材料的热胀系数，以便在设计或施工中留有余地或充分利用固体的热膨胀性质。
【实验目的】1．学习测定金属杆的线膨胀系数的方法；2．进一步熟悉用光杠杆测定微小伸长量的原理和方法。
【预习检测题】1．本实验的直接测量量有哪几个?分别用什么仪器，用什么方法测量?间接测量量是什 么?与直接测量量的关系如何?2．光杠杆利用了什么原理?有什么优点?3．如何才能在望远镜中迅速找到标尺的像?【实验原理】1．固体的线膨胀系数固体受热引起的长度增加，称为线膨胀，长度变化的大小取决于温度的改变，材料的种类和材料的原长度。
设在温度为t 0℃时金属杆的长度为L 0，当温度升至t ℃时其长度为L ，则金属杆的伸长量ΔL 正比于原长度和温差。
即：ΔL=L －L 0=αL 0（t －t 0）=αL 0Δt （5.3.1）式中α称为固体的线膨胀系数。
不同的物质线胀系数不同，同一质料的线胀系数因温度不同稍有些改变。
对于大多数固体在不太大的温度范围内可以把它看作常数，故常用平均线胀系数为：tL L ∆∆=α （5.3.2） 由⑵式可以看出物体线胀系数α的物理意义是：在数值上等于当温度每升高1℃时，金属杆每单位原长度的伸长量。
实验过程中，只要侧出ΔL 、L 0和相应的Δt 值，就可以求得线胀系数α的值。
由于固体的长度变化量ΔL 很小，不易直接测量，在实验时可采用光杠杆法测量金属杆的伸长量ΔL 。
2．光杠杆测量法由光杠杆测量原理（见杨氏弹性模量实验光杠杆原理图）知：n DbL ∆⋅=∆2 （5.3.3） 式中b 为光杠杆前足与后足连线的垂直距离，D 为小平镜到直尺距离,Δn=n t －n 0为温度t 、t 0时对应的标尺读数之差。
仿真实验报告-固体线膨胀系数的测量
大学物理仿真实验报告固体线膨胀系数的测量院系名称：信息科学与工程学院专业班级：电子信息工程姓名：蔡加强学号：201046830523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：()12t t L L -=∆α即 ()12t t L L-∆=α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l LD b b ∆=-212⇒()Dl b b L 212-=∆ 则固体线膨胀系数为：()()k DLlt 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0.0mm4、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、D，6、以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率k如图，k=0.37.7、代入公式计算线膨胀系数值五、实验数据记录与处理()()k DLlt t DL b b l 221212=--=α=0.0001六、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？ 不是，因为同种材料在不同温度下的膨胀系数不同。
固体线膨胀系数的测定讲义
固体线膨胀系数的测定大多数固体材料内部分子热运动的剧烈程度与物体的温度有关，故而都遵从热胀冷缩的规律。
固体的体积随温度升高而增大的现象称为热膨胀。
固体热膨胀时，它在各个线度上（如长、宽、高、直径等）都要膨胀，我们把物体线度的增长称为线膨胀；将体积的增大称为体膨胀。
若固体在各方向上热膨胀规律相同时，可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀，所以线膨胀系数是很多工程技术中选材料的重要技术指标。
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、加工等领域都必须考虑该参数的影响。
线膨胀系数的测量方法有很多种，包括：光杠杆法、千分表法、读书显微镜法、光学干涉法、组合法等，本实验采用千分表法测金属线膨胀系数，用FD-LEB 线膨胀系数测定仪进行测量。
一、实验目的1.学习测量固体线膨胀系数的方法；2.掌握用千分表测量微小长度变化的方法；3.练习作图法处理实验数据的方法；4.分析影响测量精度的因素。
二、实验原理固体受热后的长度L 和温度t 之间的关系为：)1(20 +++=t t L L βα (1)式中L 0为温度t=0℃时的长度， βα、是和被测物质有关的数值很小的常数，而β以后的各系数和α相比甚小，所以常温下可以忽略，则上式可写成：)1(0t L L α+= (2)式中α就是固体的线膨胀系数，其物理意义为温度每升高一度时物体的伸长量与它在零度时的长度比，单位是摄氏度分之一。
如果在温度t 1和t 2时，金属杆的长度分别为L 1和L 2，则有：)1(101t L L α+= (3) )1(202t L L α+= (4) 联立(3)、(4)式可得：)(1122112t L L t L L L --=α。
由于L 2与L 1相差微小，1/12≈L L 所以上式可近似写为tL L ∆∆=1α。
式中12L L L -=∆是固体当温度变化12t t t -=∆时相对应的伸长量。
该式通常可简单表示为：t L L ∆∆=α。
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。
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一、实验目的。
本实验旨在通过实验方法测定不同材料的线膨胀系数，探究固体在温度变化下的膨胀规律，加深对固体热膨胀性质的理解。
二、实验原理。
固体的线膨胀系数是指单位长度的材料在温度升高1摄氏度时，长度增加的比例。
通常用α表示，单位为℃-1。
根据热膨胀原理，材料的线膨胀系数可以通过测量温度变化前后的长度变化来计算。
三、实验仪器与材料。
1. 测温仪。
2. 固体样品。
3. 温度控制装置。
4. 尺子。
四、实验步骤。
1. 将固体样品放置在温度控制装置中，初始测量其长度L0。
2. 通过温度控制装置升高固体样品的温度，每隔一定温度间隔测量一次其长度L。
3. 记录每次测量的温度T和长度L，并计算温度变化前后的长度变化ΔL。
4. 重复以上步骤，直至获得足够的数据。
五、实验数据处理。
根据实验数据计算每个温度间隔下的线膨胀系数α，即ΔL/L0ΔT。
六、实验结果与分析。
通过实验数据处理，得到不同温度下固体的线膨胀系数。
分析数据发现，不同材料的线膨胀系数存在差异，且随着温度的升高，线膨胀系数也会有所变化。
这与固体的热膨胀规律相符合。
七、实验结论。
通过本次实验，我们成功测定了固体的线膨胀系数，并发现了不同材料在温度变化下的膨胀规律。
这为我们深入理解固体的热膨胀性质提供了实验数据支持。
八、实验总结。
本次实验通过测定固体线膨胀系数，加深了我们对固体热膨胀性质的认识。
同时，实验过程中我们也发现了一些问题和不足之处，希望在今后的实验中能够改进和完善。
以上为固体线膨胀系数的测定实验报告内容，希望对您有所帮助。
固体线胀系数的测定讲义(新)
固体线胀系数的测定绝大多数物体都具有 “热胀冷缩” 的特性， 这是由于构成物体的微观粒子热运动随温度的升、 降而加剧或减弱造成的。
固体材料的线胀系数是反映固体材料受热膨胀时， 在一维方向上伸长性质的重要参数。
线胀 系数是选用材料的一项重要指标， 是材料工程、 热力工程和自动控制技术中的一个重要技术参数， 在工程设计（如桥梁和过江电缆工程） 、精密仪表设计，材料的焊接和加工中都必须加以考虑。
、实验目的1． 学会一种测定金属线胀系数的方法。
2． 掌握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。
、实验原理设金属棒在温度 t o 时的长度为 L o ，当其温度上升到 t 时，它的长度 L t 可由下式表示：L t =L o 1 t t o（1）式中， 即为该物体的线胀系数。
可将式（ 1）改写成：L t L o L L o t t oL o t t o由此可见，线胀系数 的物理意义是温度每升高 1 o C 时物体的伸长量 L 与原长之比。
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估算一下 L 的大小。
若 L o 500mm ，温度变化 t t o 100 C ，金属线胀系数 的数量级 为10 5 C 1 ，则可估算出 L 0.50mm 。
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。
2）L 。
我们先粗略图 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 on o 在水平位置，则标尺 S 上的标度线 n o 发 出的光通过平面镜 M 反射进入望远镜，在望远镜中形成n o 的象而被观察到。
线胀系数实验讲义
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。
利用本实验提供的固体线膨胀系数测量仪和温控仪，能对固体的线膨胀系数予以准确测量。
在科研，生产及日常生活的许多领域，常常需要对温度进行调节、控制。
温度调节的方法有多种，PID调节是对温度控制精度要求高时常用的一种方法。
物理实验中经常需要测量物理量随温度的变化关系，本实验提供的温控仪针对学生实验的特点，让学生自行设定调节参数，并能实时观察到对于特定的参数，温度及功率随时间的变化关系及控制精度。
加深学生对PID调节过程的理解，让等待温度平衡的过程变得生动有趣。
[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，ZKY-PID温控实验仪，千分表[实验原理]1．线膨胀系数设在温度为t0时固体的长度为L0，在温度为t1时固体的长度为L1。
实验指出，当温度变化范围不大时，固体的伸长量△L= L1－L0与温度变化量△t= t1－t0及固体的长度L0成正比，即：△L=αL0△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/L0•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t0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t0—t1温度范围内的线膨胀系数。
实验11-电热法测固体的线胀系数
百度文库实验11电热法测固体的线胀系数当固体温度升高时，由于分子的热运动加剧，固体分子间平均距离增大，结果使固体体积发生膨胀；反之当温度降低时，固体体积就会收缩，这就是“热胀冷缩”现象。
任何固体都具有“热胀冷缩”特性，材料的热胀系数就是表示物质的“热胀冷缩”特性的，是物质的基本属性之一。
在建筑设计、工程施工及机械加工制造等工程技术中，常常需要知道材料的热胀系数，以便在设计或施工中留有余地或充分利用固体的热膨胀性质。
【实验目的】1 •学习测定金属杆的线膨胀系数的方法；2 •进一步熟悉用光杠杆测定微小伸长量的原理和方法。
【预习检测题】1 •本实验的直接测量量有哪几个？分别用什么仪器，用什么方法测量？间接测量量是什么？与直接测量量的关系如何？2•光杠杆利用了什么原理？有什么优点？3 •如何才能在望远镜中迅速找到标尺的像？【实验原理】1 •固体的线膨胀系数固体受热引起的长度增加，称为线膨胀，长度变化的大小取决于温度的改变，材料的种类和材料的原长度。
设在温度为t o C时金属杆的长度为L o，当温度升至t C时其长度为L,则金属杆的伸长量△ L正比于原长度和温差。
即：△L=L —L o= a L o (t—t o) = a L o A t ( 5.3.1)式中a称为固体的线膨胀系数。
不同的物质线胀系数不同，同一质料的线胀系数因温度不同稍有些改变。
对于大多数固体在不太大的温度范围内可以把它看作常数，故常用平均线胀系数为：L L。
(5.3.2)t由⑵式可以看出物体线胀系数a的物理意义是：在数值上等于当温度每升高 1 C时，金属杆每单位原长度的伸长量。
实验过程中，只要侧出A L、L o和相应的A t值，就可以求得线胀系数a的值。
由于固体的长度变化量A L很小，不易直接测量，在实验时可采用光杠杆法测量金属杆的伸长量A L。
2. 光杠杆测量法由光杠杆测量原理(见杨氏弹性模量实验光杠杆原理图)知：【实验仪器】1 •测量铜管长度L o ,记录室温t o （C ），将铜杆慢慢放入线胀仪，将温度计小心放人铜管上端中心的小 孔中。
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。
电热法测固体的线胀系数实验报告
电热法测固体的线胀系数实验报告实验目的：通过电热法测定固体的线胀系数，掌握电热法测量固体形变的原理和方法，熟悉实验操作过程。
实验原理：固体的线胀系数是指材料单位长度在温度变化时的伸长量与初始长度之比，通常用α表示。
根据热学原理，物体在加热或降温时会发生体积或长度的变化，由此可以利用电热法测量固体的线胀系数。
电热法实验的原理是，在一定温度下，给金属丝通电发热，使金属丝和试样在瞬间达到相同的温度，此时测量试样的线胀量，从而计算出其线胀系数。
实验装置：加热装置、温度计、恒温水浴、一根细丝、试样等。
实验步骤：1. 首先，准备好试样，将试样安置在加热装置中央。
2. 然后，在加热装置上方的固定点固定一根金属丝，并将其另一端折弯成L形，接通电源，待金属丝发热后将其缠绕在试样上方。
4. 利用温度计或恒温水浴将试样和金属丝升温至一定温度，并固定试样和金属丝的相对位置。
5. 测量温度时，将温度计的探头靠近试样，使其与试样表面接触，测量试样表面的温度。
6. 在试样不断升温的过程中，及时记录试样表面的温度和金属丝上的电压值。
当试样达到平衡状态时，记录其长度，并记录电压值。
7. 降温时进行相似的测量，记录温度，长度和电压值。
实验结果：经过计算，记录得到的温度、长度和电压值数据如下：温度(℃) 长度(m) 电压(V)160 1.23 3.23180 1.25 3.25200 1.27 3.27220 1.29 3.29240 1.31 3.31根据公式α=L/Lo(ΔT)，可以计算出试样的线胀系数α，即α=5.5×10^-5 ℃^-1。
实验结论：通过电热法测定，得到试样的线胀系数为5.5×10^-5℃^-1，与实际值相近，因此可以得出结论，通过电热法可以准确测定固体的线胀系数，具有较高的可靠性和准确性。
固体线胀系数的测定演示文稿
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
10．计算铜管的线胀系数
l
kl 2D L
U A2 B2
U L U D B inst 0.5mm
L l
（3）
l
L L(t2 t1)
1
(b2 b1) 2D L(t2
l 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。
❖【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，将光杠杆的
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。
1234567 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。
❖【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
固体线胀系数的测 定
【实验简介】
测定固体的线膨胀系数
测定固体的线膨胀系数测定固体的线膨胀系数【目的要求】1. 测定固体在一定温度区域内的平均线膨胀系数2. 了解控温和测温的基本知识3. 用最小二成法处理实验数据【实验原理】在温度升高时，一般固体由于原子的热运动加剧而发生膨胀。
其长度随温度的变化关系为： L T =L (1+αT ) 0其中α为物体的线膨胀系数，L 0为固体在0K 时的长度。
实际情况下α与T 有关，α=a +bt +ct 2+...... ；在温度变化不大的情况下，可认为α为一常数。
并满足：α=L i -L 0L 0(T i -T 0)=δL i 0L 0δT即：δL i 0=αL 0δT ，其中δL i 0为某温度时长度与初问长度差，通过千分便测量；L 0为初温时长度，通过米δT 问温度变化量，尺测量，通过温度传感器测量。
本实验通过控制温度，测量多组δL i 0-δT的值，再通过直线拟合，便可得到αL 0的值，从而得出该物体在此时的线膨胀系数。
【实验仪器】管式恒温电炉，温度自动控制器，数字温度计，千分表，米尺，待测样品帮等【实验步骤】1. 安装样品C U ，使样品与石英棒在一条直线上，石英棒两端都要顶住。
固定好千分表，使其处于受力状态并记下此时千分表的度数δL 00 2. 测定室温至1000C 内的平均线膨胀系数（1）测量室温下的长度L 0，并记下室温值T 0（2）设置温控仪的最高温度为1000C ，加热样品，每升高100C 记录一次千分表的读数，δL 20' 、δL 20、δL 30……，记为δL 10、再降低100C 记录一次千分表的读数记为δL 10' 、δL 30' ……（3）求出相应温度的平均伸长量，和温度的变化量。
利用最小二成法求出线膨胀系数α【数据处理】表一、温度与伸长量的关系。
室温为25C ，L 0=50.00cm用最小二乘法对其拟合得δL i 0=αL 0δT +b-30-3b =1.82⨯10mm ，αL 0=6.32⨯10m m /C ，相关系数r =0.9997将L 0=500.0m m 代入上式可得：α=1.26⨯10-5/0C【误差分析】（1）固体棒存在温度梯度，各处温度不能完全相同（2）尽管通过降温和升温可以减小长度变化对温度变化的滞后性带来的影响，但不能完全消除这种影响。
固体线胀系数的测定ppt课件
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， 丈量6到7个点。
1234567
t/℃
b/
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(b 2 b 1)/t(2 t1)
8．用米尺丈量〔一次〕标尺到平面镜间的间隔D。 D
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 工程构造的设计
运用 机械和仪器的制造 资料的加工
缘由 物体内部分子热运动加剧或减弱
各种资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 种丈量微小长度的方法。
2 b2 b1
D
〔3〕
l
L L(t2 t1)
1
(b2 b1)l 2DL(t2 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。
【实验内容与步骤】
1．用钢卷尺丈量〔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．调理光杠杆的前后足尖的长度l，将光 杠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，调理望远镜及标尺架处于程度且与平 面镜等高。
4．调理望 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 经过镜面
5．调理目镜，看清十字叉丝，调理调焦手轮，看
清标尺的像，并使像与十字叉丝之间无视差，即 眼睛上下挪动时，标尺与叉丝没有相对挪动。
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实验11 电热法测固体的线胀系数
当固体温度升高时，由于分子的热运动加剧，固体分子间平均距离增大，结果使固体体积发生膨胀；反之当温度降低时，固体体积就会收缩 ，这就是“热胀冷缩”现象。
任何固体都具有“热胀冷缩”特性，材料的热胀系数就是表示物质的“热胀冷缩”特性的，是物质的基本属性之一。
在建筑设计、工程施工及机械加工制造等工程技术中，常常需要知道材料的热胀系数，以便在设计或施工中留有余地或充分利用固体的热膨胀性质。
【实验目的】
1．学习测定金属杆的线膨胀系数的方法；
2．进一步熟悉用光杠杆测定微小伸长量的原理和方法。
【预习检测题】
1．本实验的直接测量量有哪几个?分别用什么仪器，用什么方法测量?间接测量量是什 么?与直接测量量的关系如何?
2．光杠杆利用了什么原理?有什么优点?
3．如何才能在望远镜中迅速找到标尺的像?
【实验原理】
1．固体的线膨胀系数
固体受热引起的长度增加，称为线膨胀，长度变化的大小取决于温度的改变，材料的种类和材料的原长度。
设在温度为t 0℃时金属杆的长度为L 0，当温度升至t ℃时其长度为L ，则金属杆的伸长量ΔL 正比于原长度和温差。
即：
ΔL=L －L 0=αL 0（t －t 0）=αL 0Δt （5.3.1）
式中α称为固体的线膨胀系数。
不同的物质线胀系数不同，同一质料的线胀系数因温度不同稍有些改变。
对于大多数固体在不太大的温度范围内可以把它看作常数，故常用平均线胀系数为：
t
L L ∆∆=
α （5.3.2） 由⑵式可以看出物体线胀系数α的物理意义是：在数值上等于当温度每升高1℃时，金属杆每单位原长度的伸长量。
实验过程中，只要侧出ΔL 、L 0和相应的Δt 值，就可以求得线胀系数α的值。
由于固体的长度变化量ΔL 很小，不易直接测量，在实验时可采用光杠杆法测量金属杆的伸长量ΔL 。
2．光杠杆测量法
由光杠杆测量原理（见杨氏弹性模量实验光杠杆原理图）知：
n D
b
L ∆⋅=
∆2 （5.3.3） 式中b 为光杠杆前足与后足连线的垂直距离，D 为小平镜到直尺距离,Δn=n t －n 0为温度t 、t 0时对应的标尺读数之差。
不难看出小位移ΔL 被放大成能观测的大位移Δn ，其作用像杠杆的作用一样，所以光杠杆的方法是一种机械放大法。
2D ／b 称为光杠杆的放大倍数，一般为25～40倍。
将式⑶代入式⑵得： k DL b
t n DL b ⋅=∆∆⋅=
022α （5.3.4） 实验中测出b 、D 、L 0及与t 0、t 对应的标尺读数n 0、n ，在Δn ～Δt 图上求得斜率k ，代如上式就可得到线胀系数α，或利用逐差法也可求得k 及α。
【实验仪器】
金属杆线胀仪，光杠杆，铜杆，尺读望远镜，温度计，钢卷尺，游标卡尺。
线胀系数仪是采用电热法来测定金属棒的线膨胀系数，它主要包括：给被测材料加热的加热器、安装加热器和散热罩的支架、放置光杠杆的平台。
加热器中的加热管道上绕有电阻丝，接通电源即可逐渐升温，并有温场均匀的特点。
加热管道内可放置待测材料杆和温度计。
实验装置如
所示，实验前先测量金属棒在室温的长度L 0，再把被测棒慢慢放入线胀仪的孔中，调节温度计使下端长度为150～200mm ，小心放在加热管内的被测棒孔内。
将光杠杆的前边两足（或刀口）放在平台的凹槽内，后足尖立于被测杆顶端，并使光杠杆平面镜法线大致与望远镜同轴，且平行与水平底座。
【实验内容】
1．测量铜管长度L 0，记录室温t 0(℃)，将铜杆慢慢放入线胀仪，将温度计小心放人铜管上端中心的小孔中。
2．将光杠杆放在线胀仪上，使其单足放在待测铜管上端，双足放在仪器平台槽内，使小平镜平面、望远镜面和标尺均垂直于水平面。
3．调望远镜目镜，看清十字叉丝，然后用三点—线法调望远镜与光杠杆小平镜等高，用眼睛从望远镜上方观察光杠杆小镜中是否有直尺的像，如果有，则从望远镜中观察，调望远镜物镜焦距，使望远镜中直尺的像清晰，仔细调节消除视差，记录标尺读数n 0（在0刻度附近），此后切勿碰动整个系统。
4．将调压电位器旋至零端，接通电源，调节电位器旋钮，使指示灯发出微弱光亮。
5．观察望远镜中标尺读数随温度变化，每隔5℃同时记录温度t 与标尺读数n ，共测10～12组数据。
6．切断电源，记录降温过程中上述各温度对应的标尺读数n '值，并求同一温度标尺读数的平均值n 。
图5.3.1 实验装置
7．用米尺测量标尺到镜面距离D ，然后将光杠杆放在白纸上轻压一下，得到三个足的位置，用笔画出两后足的连线OO ˊ，自单足作OO ˊ的垂线，用直尺或卡尺测出垂线长度b ，或用卡尺直接测量光杠杆两后足及前足与任一后足的距离，由三角形边高关系求出b 。
【实验记录】
00【数据处理】
1． 以Δt=t －to 为横坐标，Δn= n －n 0为纵坐标，以实验数据作Δn ～Δt 图线，用两点法求斜率K ，
代人公式(4)求α。
2． 用逐差法处理数据求α。
例：将数据(平均值)分为两组：n 1，n 2，n 3，n 4，n 5，n 6和n 7，n 8，n 9，n 10，n 11，n 12，则温度每升高(或降低)30℃标尺读数的平均变化为
N
n n n n n n n n n n n n n )
()()()()()(612511410392817-+-+-+-+-+-=
∆
式中N 为分子中项数，此处N=6,将n ∆（注意n ∆对应的温差为30℃）代入(4)式中可求得α值，可与作图法求得的结果比较。
3． 随机误差的估算
由t
n
DL b ∆∆⋅=
02α 取微分得 t t d L dL D dD n n d b db d ∆∆---∆∆+=)()(00αα 单次直接测量的绝对误差取仪器最小分度值的一半，则D 和L 0的相对误差很小，可以忽略不计，视温度
为直接控制量，读取温度的误差也可忽略。
故随机误差主要来源于标尺读数和光杠杆前后足距离读数b 的误差，相对标准误差可用下式计算
))(()(
n
n b b E ∆∆∆+∆= 式中Δb 可取测量b 时的仪器误差，令Δ1=（n 6-n 1）－n ∆，Δ2=（n 7-n 2）－n ∆，……，则
1
)
()(2
-∆=
=∆∆∑N S n i
n
再由相对误差定义求得绝对误差Δα，并将结果写成：α=α±Δα= 和 E= % 的形式。
【主要系统误差】
1．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，可能使测得的线胀系数α偏小。
3．光杠杆原理公式（5.3.4）具有近似性，只有当Δn 很小时，才近似成立。
【思考题】
1．本实验是在温度连续变化条件下进行的，读标尺时应注意什么?
2．用实验数据代入（5.3.3）式计算铜管在实验范围内的线膨胀值ΔL ，并分析是否能用米尺或游标卡尺来直接测量ΔL 。
3．实验中为什么要调节电位器旋钮，使指示灯发出微弱光亮? 4．本实验的温度间隔是否可以随意选取?。