金属线胀系数的测定

《金属线胀系数的测定》实验报告

【实验目的】

1.学会用千分表法测量金属杆长度的微小变化。

2.学会用电热法测量金属杆的线胀系数。

3.学会用逐差法处理数据。 【实验原理】

一般固体的体积或长度，随温度的升高而膨胀，这就是固体的热膨胀绝大多数固体材料，其长度是随温度的升高而增加的，这一现象称为线膨胀。设物体的温度改变Δt 时其长度改变量是ΔL ，如果Δt 足够小，则Δt 与ΔL 成正比，并且也与物体原长成正比，因此有

ΔL=αL Δt ①

上式中比例系数α称为固体的线膨胀系数，其物理意义是温度每升高1℃时物体的伸长量与它在0℃时长度之比。设在我的为0℃时，固体的长度为L 0，当温度升高为t 时，其长度为L t ，则有（L t -L 0）/L 0=αt

即 α= ΔtL

ΔL

②

【仪器介绍】

一、加热箱的结构和使用要求 1.结构如图5-1所示。

2.使用要求

（1）被测物体约为8mm×400mm；

（2）整体要求平稳,因伸长量极小，故仪器不应有震动；

（3）千分表安装需适当固定（以表头无转动为准）且与被测物体有良好的接触（为了保证接触良好，一般可使千分表初读数为 0.2mm左右（即使千分表副指针读数在0.2mm数值附近），把该数值作为初读数对待，不必调零。）（4）被测物体与千分表探头需保持在同一直线。

二、恒温控制仪使用说明

面板操作简图如图5-2所示

1.当电源接通时面板上数字显示为FdHc，然后即刻自动转向Axx.x表示当时传感器温度，即t1.再自动转为b==.=表示等待设定温度.

2.按升温键，数字即由零逐渐增大至所需的设定温度，最高可选80℃。

3.如果数字显示值高于所需要的温度，可按降温键，直至所需要的设定值。

4.当数字设定值达到所需的值时，即可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯会闪亮，发光频率与加热速率成正比。

5.确定键的另一用途可做选择键，可以选择观察当时的温度值和先前设定值。

6.如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。

【实验步骤】

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。

（本实验使用的金属杆的长度为400mm）,使其一端

2.测出金属杆的长度L

1

与隔热顶尖紧密接触。

3.调节千分表带绝热头的测量杆，使其刚好与金属杆的自由端接触，记下此

。

时千分表的读数n

1

4.接通恒温控制仪的电源，设定需要加热的值为30℃，40℃，50℃，60℃。

按确定键开始加热，注视恒温控制仪，每隔5℃读一次读数，同时读出千分表的

示数，将相应的读数t

2，t

3

，…，t

n

，n

2

，n

3

，…，n

n

记在表格里。

5.金属杆各时刻上升的温度是t

2-t

1

,t

3

-t

1

,…,t

n

-t

1

,相应的伸长量是

n 2-n

1

,n

3

-n

1

,…,n

n

-n

1

,则前面式②可表示为

即

因为长度的测量是连续进行的，故用逐差法对△n进行处理。

6.换不同的金属棒样品，分别测量并计算各自的线膨胀系数，与理论参考值

比较，考察误差情况。

【实验数据】

【注意事项】

1.在测量过程中，整个系统应保持稳定，不能碰撞。

2.读取t

n ，n

n

数据时，特别是n

n

要迅速。

【思考讨论】

1.该实验的误差来源主要有哪些？

答：①温度的影响，每一种材料都有它的温度膨胀系数，温差越大，对它的影响越大。②测量仪器的不精密。③金属线本身重量对金属产生拉伸作用。

2.如何利用逐差法来处理数据？

答：用不同温度多次测量记录，分组计算差值并求平均值。

3.利用千分表读数时，应注意哪些问题？如何消除误差？

答：①测量前必须把千分表固定在可靠的表架上，并要夹牢，要多次提拉千分表的测杆放下测杆与工件接触，观察其重复指示值是否相同。②为了保证测量精度，千分表测杆必须与被测工件表面垂直，否则会产生误差。③测量时可用手轻轻提起测杆的上端后把工件移至测头下，不准把工件强行推入测头下，更不准用中间撞击测头，以免影响测量精度和撞坏千分表，为了保持一定的起始测量力，测头与工件接触时，测杆应有0.3-0.5mm的压缩量。④为了保证千分表的灵敏度，测量杆上不要加油，以免油污进入表内。

4.如果因故实验须要重做，然而接近室温时，温度下降的非常缓慢，有无必要用冷水，把仪器冷却至室温后再做？

答：无必要，重新加温读数即可。