金属线胀系数的测量
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= ΔtLΔL②【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。
金属线胀系数的测量
实验十九 金属线胀系数的测量【金属线胀系数】金属杆的长度一般是温度的函数, 在常温下, 固体的长度L 与温度t 有如下关系:()01L L t α=+ （19-1）式中 为固体在t ＝0℃时的长度； 称为线胀系数。
其数值与材料性质有关, 单位为℃－1。
要测量线胀系数 , 需测量不同温度下金属杆的长度。
【实验仪器】线胀系数测定仪（附光杠杆）, 望远镜直横尺, 钢卷尺, 蒸汽发生器, 气压计（共用）, 温度计（50～100℃, 准确到0.1℃）, 游标卡尺。
【实验方案】设物体在t1℃时的长度为L, 温度升到t2℃时增加了ΔL 。
根据（19-1）式可以写出()01L L t α=+ （19-2）()021L L L t α+∆=+ （19-3）从（19-2）、（19-3）式中消去L0后, 再经简单运算得由于 , 故（19-4）可以近似写成显然, 固体线胀系数的物理意义是当温度变化1℃时,固体长度的相对变化值。
在（5）式中, L 、t1.t2都比较容易测量, 但 很小, 一般长度仪器不易测准, 本实验中用光杠杆和望远镜标尺组来对其进行测量。
关于光杠杆和望远镜标尺组测量微小长度变化原理可以根据如图1所示进行推导, 详细原理见实验五（杨氏模量的测定）。
【实验注意事项】1.实验系统调好后, 一旦开始测量, 在实验过程中绝对不能对系统的任一部分进行任何调整。
否则, 所有数据将重新再测.2、注意保护平面镜和望远镜, 不能用手触摸镜面.【实验目的】掌握利用光杠杆测定线胀系数的方法。
【实验内容与步骤】1.在室温下, 用米尺测量待测金属棒的长度L三次, 取平均值。
然后将其插入仪器的大圆柱形筒中。
注意, 棒的下端点要和基座紧密接触。
2、插入温度计, 小心轻放, 以免损坏。
3.将光杠杆放置到仪器平台上, 其后脚尖踏到金属棒顶端, 前两脚尖踏入凹槽内。
平面镜要调到铅直方向。
望远镜和标尺组要置于光杠杆前约1米距离处, 标尺调到垂直方向。
金属线胀系数的测定
实验四 利用直读式测量仪测定金属的线胀系数【实验目的】利用直读式测量仪测量金属棒的线胀系数； 【实验仪器】DH4608金属热膨胀系数试验仪、不锈钢管、钢卷尺 【实验原理】已知金属的线胀方程为: , 其中 是金属在00C 时的长度。
当温度为 时,当温度为 时, 设金属棒伸长量为 , 则有: 两式相减得： , 其中 为金属的线胀系数。
实验时, 利用DH4608金属热膨胀系数试验仪, 每5℃设定一个控温点, 利用热电偶记录样品上的实测温度和千分尺上的变化值。
根据数据 和 , 画出 （作y 轴）－ （作x 轴）的曲线图, 观察其线型性, 并利用图形求出斜率, 计算样品（不锈钢管）的线胀系数。
【实验步骤】1.将试验样品（不锈钢管）固定在实验架上, 注意挡板要正对千分尺；2.调节千分尺和挡板的位置, 保证两者无间隙且千分尺有足够的伸长空间；3.打开电源和水泵开关, 每5℃设定一个控温点, 记录样品的实测温度和千分尺上的变化值。
实际操作时, 由于千分尺的指针在不停地转动, 所以在设定的控温点不易准确读数, 从而导致样品加热后的伸长量测量不准确。
具体操作可改为: 在加热过程中, 当观察到千分尺的指针转动匀速时, 在千分尺上设定一个记录起点（比如0格）, 记下此时的温度值和数字电压表上的示值作为第一组实验数据。
以后每当千分尺的指针转过50格（或30格）记录一组温度值和数字电压表上的示值, 填入设计的记录表中。
实验结束后再根据铜—康铜热电偶分度表将数字电压表上的示值转换为温度值作为试验样品的实际温度。
4、根据数据 和 , 画出 （作y 轴）－ （作x 轴）的曲线图, 观察其线型性。
5、利用图形求出斜率, 计算样品的线胀系数（ , 为斜率, 近似为室温下金属棒的有效长度）。
【数据记录举例】固体线胀系数测定数据记录表测量样品: 紫铜管φ10mm ×593mm i温度计读数实测温度ti千分尺读数l i30.0 ℃ 1.17mV （ 29.5℃ ） 0.000 593.0001、电热偶安装座；2、待测样品；3、挡板；4、千分尺 )1(10at l l +=附录：。
实验金属线胀系数的测量
【实验目的】学习利用光杠杆测量金属棒的线胀系数。
【实验仪器】金属线胀系数测量仪光杠杆金属测量棒【实验原理】金属固体的长度一般随温度的升高而增长，其长度L和温度t之间的关系为L=L0（1+t+t+…）(1)式中L0为温度t=0℃时的长度，、、…是和被测物质有关的常数，都是很小的数值。
而以下各系数和相比甚小，所以在常温下可以忽略，则（1）式可写成L=L0（1+t）（2）此处就是通常所称的线胀系数，单位℃-1。
设物体在温度t1（单位℃）时的长度为L，温度升到t2（单位℃）时，其长度增加，根据（2）式，可得L=L0（1+t1）L+=L0（1+t2）由此二式相比消去L0，整理后得出= —————————L（t2- t1）-t1由于和L相比甚小，L（t2- t1）＞＞t1，所以上式可近似写成= —————————（3）L（t2- t1）由上式可知，测量线胀系数的主要问题是怎样测准温度变化引起长度的微小变化量。
本实验是利用光杠杆测量微小长度的变化。
如图所示，实验时，将待测金属棒直立在线胀系数测定仪的金属加热筒中，将光杠杆的后足尖置于金属棒上端，二前足置于固定的台上。
设在温度为t1时通过望远镜和光杠杆的平面镜，看见直尺上的刻度a1刚好在望远镜中叉丝横线（或交点）处。
当温度升至t2时，直尺上刻度a2移至叉丝横线上，根据光杠杆原理，有（a2- a1）d1= ————————————（4）2 d2式中d2为光杠杆镜面至直尺的距离，d1为光杠杆后足尖到二前足尖连线的垂直距离。
将（4）式代入（3），则（a2- a1）d1= —————————（5）2 d2 L（t2- t1）【实验内容和步骤】1、用米尺测量金属棒长度L之后，将其插入线胀系数测定仪的加热筒中，棒的下端要和基座紧密相接，上端露在筒外。
2、安装温度计。
插温度计时要小心，切勿碰撞，以防损坏。
3、将光杠杆放在仪器平台上，其后足尖放在金属棒的顶湍上。
二前足放在平台的凹槽里。
金属线胀系数的测量
金属线胀系数的测量1.引言金属材料在物理环境的变化下会产生热胀冷缩的效应，因此，在工业生产和实验研究中要考虑到材料的热膨胀性能。
其中，线膨胀系数是衡量物质在长度方向上的热膨胀的指标。
本文探讨了金属线胀系数的测量方法及其应用。
2.线膨胀系数的定义和计算公式线膨胀系数是指材料在温度变化下单位长度的变化量，通常用α表示。
线膨胀系数可以根据材料的特性来计算，具体计算公式如下：α=ΔL/(L0×ΔT)其中，ΔL表示线材的长度变化量，L0表示线材的初始长度，ΔT表示温度的变化量。
线膨胀系数的单位通常是m/m °C。
3.1 编织网法编织网法是一种相对简单的测量线膨胀系数的方法。
具体操作如下：①先制作一块编织网，其网孔大小应该适合于线膨胀系数的测量。
编织网可用铜网或不锈钢网制作。
②将待测样品嵌入编织网中，并将两端固定在支架上。
③取一个温度计将其固定在样品的中央位置。
④将样品和温度计放入恒温器中，升温至所需温度，使样品达到稳态。
⑤记录样品的长度变化量和温度变化量。
⑥根据线膨胀系数的计算公式计算材料的线膨胀系数。
3.2 拉伸法拉伸法需要使用精密的仪器和设备，比编织网法的测量精度要高。
具体操作步骤如下：①将待测样品插入到仪器的卡槽中，两端各钳紧一个夹具。
②加热样品，同时保持夹具上下的温度相同。
③在进行加热的同时，由于样品被卡在夹具中，因此在材料的线膨胀系数作用下，样品将在长度方向上扩张。
3.3 差异法①将两根相同的样品A和B固定在两个不同的支架上，相隔一段距离，保证两个试样上下温度相等。
②用导线将两个样品连接到直流稳压源上，将其通过电路连接起来。
③在稳定的电流过程中，对试样进行加热，此时会存在两个样品长度的差异，通过测量差异长度就可以计算出材料的线膨胀系数。
4. 线膨胀系数的应用① 材料选择：根据材料的线膨胀系数，可以选择在升温或降温过程中性能更稳定的材料。
② 构件设计：针对长大膨胀系数较大的构件，在其设计中要考虑到升温对构件的影响。
金属线胀系数的测量
1．测定固体样品的线胀系数，了解线胀系数的概念并进行实际测量；
2．了解温度传感器的特性，对温度传感器温度、输出特性进行具体的测量；
3．了解掌握测微小位移的一种方法——数字千分表测量法。
【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】
为了定量的描述固体材料的热胀冷缩特性，在物理学中引进了线胀系数的概念。
（27-3）
整理后得：
（27-4）
式中， 为微小伸长量，测出了温度 和 ，长度 和 ，即可由上式求得线胀系数数值。
【实验步骤与要求】
1．检查仪器后面的水位管，将水箱水加到适当值
平常加水从仪器顶部的注水孔注入。若水箱排空后第1次加水，应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱，以便排出水泵内的空气，避免水泵空转（无循环水流出）或发出嗡鸣声。
图27-3 金属线涨系数测量仪
二、开放式PID温控实验仪
温控实验仪包含水箱，水泵，加热器，控制及显示电路等部分。
本温控试验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，具有操作菜单化，能根据实验对象选择PID参数以达到最佳控制，能显示温控过程的温度变化曲线和功率变化曲线及温度和功率的实时值，能存储温度及功率变化曲线，控制精度高等特点，仪器面板如图27-2所示。
2．根据实验室条件你还能设计一种测量ΔL的方案吗？
【附录】
一、金属线膨胀实验仪
仪器外型如图27-1所示。金属棒的一端用螺钉连接在固定端，滑动端装有轴承，金属棒可在此方向自由伸长。通过流过金属棒的水加热金属，金属的膨胀量用千分表测量。支架都用隔热材料制作，金属棒外面包有绝热材料，以阻止热量向基座传递，保证测量准确。
三、千分表
千分表是用于精密测量位移量的量具，它利用齿条-齿轮传动机构将线位移转变为角位移，由表针的角度改变量读出线位移量。大表针转动1圈（小表针转动1格），代表线位移 ，最小分度值为 。
4.金属线胀系数的测定
金属线胀系数的测定一、实验目的：1、测定金属的线胀系数。
2练习智能化热学综合实验仪的使用二、实验仪器：YJ-RZ-4A 智能化热学综合实验仪、金属线胀系数测量实验装置三、实验原理：固体受热后其长度的增加称为线膨胀。
在一定的温度范围内，原长为L 的物体，受热后伸长量为ΔL 与温度的增加量Δt 近似成正比，与原长L 也成正比，即： ΔL ＝αLΔt 其中比例系数α称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）实验还发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系数不一定相同。
但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为时一常量。
为测量线胀系数，将材料做成条状或杆状，测量出t 1时杆长L ，受热后温度达到t 2时的伸长量ΔL ，则改材料在（t 1 ，t 2）温区的线胀系数为21()lL t t α∆=-其物理意义是固体材料在（t 1 ，t 2）温区内，温度每升高一摄氏度时材料的相对伸长量。
四、实验步骤：1、用卡尺测出金属杆的长度2、安装好实验装置，连接好电缆线，打开电源开关，“测量选择”旋钮旋至“设定温度”档，调节“设定温度粗选”和“设定温度细选”旋钮，选择设定加热盘所需要的温度值。
3、将“测量温度”旋钮拨向“上盘温度”档，打开加热开关，观察加热盘温度的变化，直至加热盘温度恒定在设定温度。
4、加热盘温度恒定在设定温度50C ︒时，读出千分表数值1L ，温度分别为55C ︒，60C ︒，65C ︒，70C ︒，75C ︒，80C ︒，85C ︒时，分别记下千分表读数2L ，3L ，4L ，5L ，6L ，7L ，8L 。
5、用逐差法处理数据（注意伸长量与温差对应），计算金属杆在温区内的线胀系数。
五、数据处理六、注意事项：1、供电电源插座必须良好接地。
2、整个电路连接好之后才能打开电源开关。
3、在测量过程中不要碰桌面以保持读数的稳定。
七、问题与讨论：测量微小的长度变化还可以采用那些仪器。
（测微目镜、读数显微镜、光杠杆等）。
实验六金属线胀系数的测定
实验六金属线胀系数的测定一、实验目的1．学习千分表的使用方法。
2．了解温度传感器Pt100的原理及特性。
3．掌握测量金属线膨胀系数的原理和方法。
4. 学习用最小二乘法（或者用逐差法）处理实验数据的方法和技巧。
二、仪器与用具THQJZ-1型金属线膨胀系数测量实验仪。
图6.1（1）仪器与用具总图图解：金属棒受热膨胀时的微小伸长量用千分表测量。
图6.2（1）千分表测量长度变化示意图图6.3（1）加热输出、温度控制与测量示意图图 6.2（1）图解：金属棒样品装进加热管后用螺钉通过弹簧拧紧，为固定端；另一端通过顶杆与千分表接触，为自由端。
金属棒样品自由端在弹簧作用下将长度变化转化成千分表指针的偏转，通过表盘刻度读出其长度变化量。
图6.3（1）图解：通过调节PID 智能温度调节器中的“SET ”设置加热最高温度为110℃，用导线将热电阻Pt100测温端接至“Pt100输入”，PID 智能温度调节器中的红色字体显示当前金属棒的温度。
试根据提供的《仪器与用具》进行思考，设计一种测量金属线胀系数的方案，然后再参考课本思路。
三、实验原理当温度升高时，金属棒将受热膨胀。
设L 为物体在温度为0℃时的长度，则该物体在 t ℃的长度为：()t L L t α+=10 （6-1）式中α即为该物体的线胀系数。
在温度变化不大时，α可视为一常量。
设金属棒在温度为1t 时的长度为1L ，当温度升高到2t 时其长度增加了∆L ，则由（6-1）式可得：1121t L )t t (L L⋅∆−−∆=α （6-2）本实验用千分表测量微小伸长量∆L ，略去1t L ⋅∆，所以TL L∆∆=1α （6-3） 预习思考题：1．金属棒自由端与千分表顶尖不接触行吗？2．本实验金属棒长度的变化是通过千分表指针的偏转测量的，如何避免千分表的回程误差。
3．本实验的误差来源主要是金属棒伸长量的测量，考虑到温度具有滞后性，用什么方法测量相应于升高单位温度的伸长量最好？4．设计实验步骤及记录表格。
测量金属线膨胀系数的方法
测量金属线膨胀系数的方法金属的膨胀系数是指在单位温度变化下，金属材料单位长度的线膨胀量。
测量金属线膨胀系数的方法有多种，下面将介绍其中几种常用的方法。
1. 热胀冷缩法热胀冷缩法是一种常用的测量金属线膨胀系数的方法。
该方法利用热胀冷缩的原理，通过测量金属材料在不同温度下的长度变化来计算金属线膨胀系数。
具体操作步骤如下：（1）首先，选择一段金属线材料，并将其固定在测量装置上。
（2）然后，将装置置于恒温箱中，并将温度控制在不同的温度下，如20℃、30℃、40℃等。
（3）测量每个温度下金属线的长度，并记录下来。
（4）根据测得的数据，计算金属线膨胀系数的值。
公式为：膨胀系数 = （L2 - L1）/（L1 × ΔT），其中L1为初始长度，L2为不同温度下的长度变化，ΔT为温度变化。
2. 拉伸法拉伸法也是一种常用的测量金属线膨胀系数的方法。
该方法通过施加不同的拉力来测量金属材料在不同温度下的长度变化，进而计算金属线膨胀系数。
具体操作步骤如下：（1）首先，选择一段金属线材料，并将其固定在拉伸装置上。
（2）然后，通过拉伸装置施加不同的拉力，使金属线逐渐延长。
（3）同时，利用测量装置测量金属线的长度，并记录下来。
（4）根据测得的数据，计算金属线膨胀系数的值。
公式为：膨胀系数 = （L2 - L1）/（L1 × ΔT），其中L1为初始长度，L2为不同温度下的长度变化，ΔT为温度变化。
3. 光栅法光栅法是一种利用光栅原理测量金属线膨胀系数的方法。
该方法利用光栅装置对金属线进行光学测量，通过测量金属线在不同温度下的光栅位移来计算金属线膨胀系数。
具体操作步骤如下：（1）首先，选择一段金属线材料，并将其固定在测量装置上。
（2）然后，将光栅装置对准金属线，使光栅的光束垂直射向金属线。
（3）随后，通过调整光栅装置，使光栅与金属线的光斑重合。
（4）测量不同温度下的光栅位移，并记录下来。
（5）根据测得的数据，计算金属线膨胀系数的值。
实验4 金属线胀系数的测定
在同样的温度范围内，它们的线胀系数是 否相同？为什么？ 2．调节光杠杆系统的程序是什么？ 3．用光杠杆测量线膨胀量时，改变哪些量可 以增加光杠杆的放大倍数？如何计算它 的放大倍数？
入软木塞中央孔，安装在金属套管中，并在两端 木塞小孔中插入通蒸汽用的小直角玻璃管和温度 计。 2）将装有温度计的一端向上，穿过立式线胀 仪平台圆孔，将另一端安装在底座上的弹簧夹持 器中，使金属棒下端顶在玻璃圆柱上，再将木垫 圈衬垫在水平台圆孔与蒸汽套管之间，用支紧螺 丝调节木垫圈松紧，切不可支得过紧。 3）用橡皮管分别连接上、下通蒸汽用的小玻 璃管。 4）调节光杠杆长度或平台上槽形座架位置，使 光杠杆后足放在金属棒顶端中心，光杠杆前足放 在座架槽内。如图13－１所示。
及标尺 游标卡尺 钢卷尺 待测金属棒 【实验原理】 当温度升高1℃时，固体的长度变化和它在0℃时长度的比 值，称为该物体的线胀系数。 设一根金属棒在0℃时的长度为，在t的长度为L，则：
事实上， 对同一种金属，不是一个常数，它随温度的变化而不
同，但是在一个小温度区域内可近似看作是常数，本实验把当 作常数来处理。 设金属棒在温度为t 时长度为 L1，温度升高到t 2 时，其长度增 长L ，由（13－2）式 得： L＝（1＋ t 2 ) L＋＝L（1+ t 2） （13－3） 由上两式消去L，整理得：
L
a 2
式中 为光杠杆镜面到直尺的距离，b为光杠杆后足
a1 b （13－6） 2
到前足的垂直距离。 把（13－6）式代入（13－7）式，得：
a1 b 2L(t 2 t1 ) （13－7）
a2
【实验内容】 1仪器安装 1）用米尺测量金属棒的长度L，然后将其穿
实验十 金属线胀系数的测定
实验十金属线胀系数的测定一、实验目的通过实验，了解金属线的胀系数测定方法，掌握线胀系数的计算方法。
二、实验原理热胀冷缩是每种物质都具有的性质，所有物质在温度变化下都会发生体积变化。
当物体温度发生变化时，由于温度感应它的分子运动状态的密度和位置的改变，使得分子间的力发生变化，从而引起物体的长度变化。
热胀系数是衡量物质温度变化下线性尺寸变化的大小的比例系数。
线胀（线性热膨胀）是指物体在温度变化下的长度变化量。
所以，通过测量金属丝在温度变化下的长度变化量，可以计算出其线胀系数。
三、实验用具1. 热力学实验台（TDE2010型）2. 电阻练测器（WY8506）3. 温度计（PWT1206型）4. 紫铜丝（φ=0.1mm）5. 不锈钢杆（φ=6mm）6. 电热板7. 耐热玻璃筒8. 相机（可选）四、实验步骤1. 实验准备选择金属丝和不锈钢杆，在电热板上加热。
使用温度计测量热源温度，并确保温度稳定在80℃左右。
同时，在耐热玻璃筒中加水，使用温度计测量水温，确保温度稳定在20℃左右。
2. 实验操作（1）将金属丝绕在不锈钢杆上，并用导线连接电阻练测器。
（2）将导线连接至热力学实验台的传感器。
（3）调整热力学实验台的控制器，使其显示热源温度与水温度。
（4）将热力学实验台中的控制器设置为线性模式，并使金属丝受到一定的压力。
（5）开启电热板，以使热源温度升高。
（6）记录金属丝长度随时间的变化情况，并使用相机或手机拍摄实验现象。
（7）重复以上步骤，记录多组数据，以验证实验结果的准确性。
1. 数据分析α = ΔL / (LΔT)其中，α表示线胀系数；ΔL表示金属丝长度的变化量；L表示原始长度；ΔT表示温度变化量。
2. 计算过程温度ΔL(mm) L(mm) ΔT(℃) α20 0 100 0 030 0.07 100 10 2.333×10-540 0.12 100 20 6×10-550 0.19 100 30 9.5×10-560 0.24 100 40 1.2×10-4因此，金属丝的平均线胀系数为：α = (2.333+6+9.5+12) ×10-5 / 4 = 7.458 ×10-5六、实验注意事项1. 在实验过程中，确保温度的稳定、可比性和精确度。
实验22 金属线胀系数的测量
实验22 金属线胀系数的测量实验目的：1.了解线胀系数的概念及其意义；实验原理：金属在温度变化时，由于热引起的分子运动变化，使其长度发生变化，这种现象称为线膨胀，即金属线胀。
线胀系数是描述材料长度随温度变化而变化的物理量。
它是指单位长度的材料在温度变化1℃时的长度变化量，通常用α表示，单位是℃^-1。
在实际应用中，由于材料物理性质的不同，线胀系数也有明显的差别。
在工程设计中，正确地估算材料长度的线胀系数是非常重要的。
因此，测定金属线胀系数具有重要的参考价值。
实验仪器：1.测温仪2.酒精灯、蜡烛等加热设备3.测微计4.金属线实验步骤：用测微计测量金属线的直径，并求出其平均值，然后在室温下测量金属线的长度 L0。
将金属线置于加热设备中，不断加热使其温度升高，并记录不同温度下的长度 L。
在温度上升过程中，每隔一段时间利用测温仪测量温度。
3.线胀系数的计算计算金属线在每个温度区间内的平均线胀系数αi，公式为：αi=(L-L0 )/(L0×ΔT)，式中ΔT为温度差，即ΔT=T2-T1。
最终得到金属线的平均线胀系数α=Σαi/ n，式中n为测量的温度区间数。
实验注意事项：1.加热设备要稳定，不宜过热，以免影响测量结果。
2.在测量过程中，应尽量减小外部干扰，以影响测量精度。
3.为了避免金属线在测量过程中出现异常摆动，应将其尽量稳定地固定。
实验结果：测量结果表明，金属线的线胀系数为0.0137℃^-1，结果符合该材料的理论值。
这表明在实际应用中，可以根据该结果正确地估算金属线的长度变化情况。
通过本实验，我们测定了金属线在不同温度下的长度，并计算出了其线胀系数。
结果表明，测得的线胀系数与理论值非常接近，证明了实验的可行性和正确性。
这为工程设计提供了重要的参考依据。
02 金属线膨胀系数的测定
金属线膨胀系数的测定一、实验目的1、学会用干涉量度法测量固体试件长度的微小变化；2、测量黄铜的线膨胀系数（或称线膨胀率）。
二、实验原理固体受热后，其长度的增加称为线膨胀。
长度为L o的待测固体试件被电热炉加热，当温度从To上升至T时，试件因线膨胀，伸长到L，同时推动迈克尔孙干涉仪的动镜，使干涉仪条纹发生N个环的变化，则：L-Lo=ΔL=Nλ/2而线膨胀系数（线膨胀率）：α=（L-Lo）/Lo（T-To）用实验方法测出某一温度范围的固体试件的伸长量和加热前的长度，就可以测出该固体材料的线膨胀系数（线膨胀率）。
三、实验仪器SGR---1型热膨胀实验装置、铜杆、游标尺。
SGR---1型热膨胀实验装置原理图参见图1所示：图1 SGR---1型热膨胀实验装置原理图数显温控仪的测温探头通过铂热电阻，取得代表温度信号的阻值，经电桥放大器和非线性补偿器转换成与被测温度成正比的信号；而温度设定值使用“设定旋钮”调节，两个信号经选择开关和A/D转换器，可在数码管上分别显示测量温度和设定温度，仪器加热接近设定温度（大约低 2.8℃时），通过继电器自动断开加热电路；在测量状态，显示当前探测到的温度。
其主要技术指标如下：1、电压：220v、50Hz2、额定功率：50w3、He—Ne激光器：功率1mw、波长632.8nm4、数字测温最小分度：0.1℃5、适宜升温范围：室温—60℃6、系统误差：＜3%四、实验步骤1、试件长度Lo的测定先用M4长螺钉旋入待测试件一端的螺纹孔内，从试件架上提拉出来，横放在实验台上，再用游标卡尺测量试件长度Lo，共6次，数据记录于表1中。
2、安放试件将电热炉两枚固定螺钉旋下，将其从仪器侧面的台板上平移取下，手提M4螺钉（不要用手接触试件），把试件测温孔对准炉侧面的圆孔，轻轻将试件放入电热炉（注意：小心轻放，以免损坏试件底部的石英玻璃垫），将测温探头穿过炉壁插入试件下半截的测温孔内，测温手柄应紧靠电热炉的外壳，用固定螺钉定位。
金属线胀系数的测定数据
金属线胀系数的测定数据金属的线胀系数是指金属在温度变化时单位长度的线胀量与温度变化量的比值，常用符号为α。
金属的线胀系数是帮助工程师和设计师确定在不同温度下金属材料的尺寸变化和热应力的重要参数。
测定金属线胀系数的方法有多种，下面介绍一种简单有效的方法——线胀法。
线胀法是通过测量金属材料在不同温度下的长度变化，来确定金属线胀系数的方法。
测量过程如下：1. 准备测试样品：选择与实际使用材料相同的金属样品，通常使用长条状或管状的样品。
2. 安装样品：将样品固定在测量装置上，确保样品的自由度受到限制。
3. 温度控制：通过加热或冷却装置控制样品的温度变化，通常将样品置于恒温槽中。
4. 测量长度：使用长度计等测量设备测量样品在不同温度下的长度变化。
5. 计算线胀系数：根据测得的长度变化和温度变化，应用线胀系数的定义式计算线胀系数。
线胀系数α=ΔL/ (L * ΔT)其中ΔL为长度变化，L为原始长度，ΔT为温度变化。
需要注意的是，线胀系数的测定过程中应保证实验环境的稳定和准确性，尽量排除误差。
不同金属的线胀系数不同，而同一金属在不同温度范围内线胀系数也会发生变化。
测定金属线胀系数的数据对于工程设计和材料选用都非常重要。
通过准确测定金属的线胀系数，可以更好地预测材料在不同温度下的变形和应力情况，为工程设计和材料选取提供科学依据。
对于高温工况下的材料选用和设计，金属线胀系数的测定更加重要，对保证工程的安全性和稳定性非常关键。
综上所述，通过线胀法可以测定金属的线胀系数。
这些数据对于工程设计和材料选用至关重要，能够帮助工程师和设计师预测材料在不同温度下的变形和应力情况，保证工程的安全性和稳定性。
金属线膨胀系数的测量
金属线膨胀系数的测量
金属线膨胀系数是指金属材料在温度变化时线膨胀的比例关系，通常以单位温度变化时单位长度的膨胀量（如μm/mK）来表示。
金属线膨胀系数的测量可使用线膨
胀系数仪器进行，具体步骤如下：
1. 准备样品：选择需要测量的金属样品，并将其加工成具有一定长度的细丝状。
2. 悬挂样品：用专用夹具将样品悬挂在线膨胀系数仪器中，保证其自由度和垂直度。
3. 温度控制：通过加热、制冷或温度控制器以控制该区域的温度。
4. 读数和记录：使用测量仪器测量样品在不同温度下的长度，从而计算出金属线膨胀系数。
在测量过程中需要记录温度和每个样品的长度，以便计算金属线膨胀系数并进行数据分析。
需要注意的是，测量精度受到实验条件、测量仪器的精度、样品纯度和金属材料的品质等因素的影响。
因此，在实验过程中需要保持一个相对恒定的温升速率和温度梯度，确保样品表面清洁且无氧化物污染，避免对实验数据的干扰。
金属线膨胀系数的测定
实验表明，当温度变化范围不大时， 可以忽略β.
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，单位为/℃ 测量公式:
测量微小变化量方法:光杠杆法,读数显微 镜法,千分表法等
实验仪器
金属线膨胀实验仪 PID温控实验仪 千分表
其中L0为t=0 ℃时,物体长度 1×10-6 K-1 包括水箱,水泵,加热器,控制及显示电路. 每个同学的动作要轻，以免影响他人。
注意事项
1.在实验过程中（升温及读数）不能接触和 移动实验仪，否则会影响千分表的读数。每 个同学的动作要轻，以免影响他人。 2.水箱水位合适 3.温控仪设置温度不能超过60℃。
实验结果及评分标准
1、误差大于5%的90以下。小于5%的90分以上 2、作图（1）数据点（2）取 P1,P2（3）直线拟合合
可以用 改变温度坐标值
实验数据记录及处理
线膨胀系数的测定
次数
0 12345 678
千分表读数 L0= 温度/℃ t0=30 32 34 36 38 Δti=ti-t0 ΔLi=Li-L0
(1)用作图法作出ΔLi-Δti的曲线
(2)根据ΔL=αL0Δt，从所作的直线上求出ΔLi-Δti直线 的斜率K (3)已知长度l=500 mm，根据α=K/l求线膨胀系数
自动控制系统框图
实验步骤
1.准备工作。
检查仪器各部分的水电是否连接好。检查仪器前 面的水位管，将水箱水加到适当值。检查金属棒固 定端是否连接好。千分表安装位置是否合适。一旦 开始升温及读数，避免再触动实验仪器。
2. 设置测量的温度。
a) 开机，检查水是否循环良好 工作方式：进行实验（确认）
b） 设置参数: N 1 室温：25 ℃ 设定温度：30 ℃
金属线胀系数的测定数据
金属线胀系数的测定数据一、引言金属线胀系数是指金属在温度变化下的线胀程度，是一个重要的物理性质参数。
了解金属线胀系数对于工程设计和材料选择具有重要意义。
在本文中，我们将介绍金属线胀系数的测定方法，并提供一些实际测定数据作为参考。
二、测定方法1. 线膨胀计法：通过测量金属线在温度变化下的长度变化，计算出线胀系数。
这种方法适用于较小温度范围内的测定，如常温到200摄氏度范围。
2. 热电偶法：利用热电偶原理，测量金属线两端的温度差，并计算出线胀系数。
这种方法适用于高温范围的测定，如200摄氏度以上的温度范围。
3. 拉伸法：通过测量金属线在不同温度下的拉伸变化，计算出线胀系数。
这种方法适用于较大温度范围内的测定，如常温到1000摄氏度范围。
三、实际测定数据以下是一些常见金属的线胀系数测定数据，供参考：1. 铝：线胀系数为23.1×10^-6/摄氏度。
铝是一种轻质金属，在温度变化下线胀较为明显，常用于制造飞机和汽车等产品。
2. 铜：线胀系数为16.6×10^-6/摄氏度。
铜是一种导电性能良好的金属，常用于电线电缆和管道等应用领域。
3. 钢：线胀系数为12.0×10^-6/摄氏度。
钢是一种常用的结构材料，线胀系数较低，适用于各种温度条件下的工程设计。
4. 不锈钢：线胀系数为17.3×10^-6/摄氏度。
不锈钢具有耐腐蚀性能，常用于制造厨具和化工设备等。
5. 铁：线胀系数为11.8×10^-6/摄氏度。
铁是一种常见的金属材料，线胀系数较低，适用于各种结构和机械应用。
四、应用和意义金属线胀系数的测定数据对于工程设计和材料选择具有重要意义。
在建筑结构设计中，了解金属线胀系数可以帮助工程师预测材料在不同温度下的变形和应力分布，从而提高结构的安全性和稳定性。
在热工设备设计中，了解金属线胀系数可以帮助工程师选择合适的材料，并合理设计热胀冷缩的补偿装置，以避免因温度变化而引起的设备破坏或故障。
金属线膨胀系数的测量实验
金属线膨胀系数的测量实验
金属线膨胀系数的测量实验可以采用以下步骤：
1. 准备材料：选择需要测量的金属线材，如铜线或铁线，并准备一根定长的参考线，如尺子或标尺。
2. 测量初始长度：使用尺子或标尺测量金属线的初始长度，并记录下来。
3. 设置实验装置：可以制作一个简易的装置，将金属线固定在一端，另一端悬空。
确保金属线能够自由伸展。
4. 加热金属线：使用火焰或其他加热源加热金属线的自由端，直至金属线达到稳定温度。
5. 测量膨胀长度：使用尺子或标尺再次测量金属线的长度，并记录下来。
6. 计算膨胀系数：根据膨胀长度的变化以及金属线的初始长度，可以计算金属线的线膨胀系数。
膨胀系数可以使用以下公式进行计算：
膨胀系数= (膨胀长度- 初始长度) / (初始长度×温度变化)
7. 重复实验：为了提高实验的准确性，可以重复实验数次，并取平均值作为最终结果。
需要注意的是，在进行实验时要注意安全，避免火焰或加热源接触到其他可燃物品，并确保实验装置的稳定性。
同时，温度变化应控制在可控范围内，以避免过高温度对金属线产生不可逆的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.金属杆各时刻上升的温度是t2-t1,t3-t1,...tn-t1,相应的伸长量是n2-n1,n3-n1,nn-n1,则nn-n1=αL1(tn-t1)
即
α=（nn-n1)/L1/(tn-t1)=∆n/L1/∆t。应用逐差法处理数据，求出α。
5、实验数据与处理：
答：不能用冷水直接将仪器冷却，可以采取开电扇的方法冷却仪器。
3.与用蒸气加热、仪器竖直放置，只测始末两个数据比较优缺点？
答：蒸气加热：成本较高，操作较难，但对于数据的采集较简单，数据较少使得误差较大
电加热：成本低，操作简单，但数据采集较麻烦，但结果较精确。
八、附上原始数据：
金属线胀系数
N
N0
N1
N2
N3
N4
N5
N6
N7
N8
N9
N10
N11
温度
27.5
30.0
32.5
35.0
37.5
40.0
42.5
45.0
47.5
50.0
52.5
55.0
升温
125.5
148.3
169.4
190.1
211.2
230.1
246.5
264.2
279.6
293.9
306.5
320.0
数据处理：
如果金属杆在温度为t1、t2时，其长度分别为L1，L2,又因L1和L2非常接近，其比值接近于1,，于是可以得出α=L2-L1/L1/(t2-t1)。由上式可求得金属的线胀系数。
3、实验仪器：
恒温控制仪、千分表、电加热器、待测金属杆。
四、实验内容和步骤：
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。
2.测出金属杆的长度L1（本实验使用的金属杆的长度为400mm），使其一端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n1。
4.接通恒温控制仪的电源，设定需要加热的值为65度，按确定键开始加热。注视恒温加热仪，每隔2.5度读一次数，同时读出千分表的示数，当升到最高温度时记下读数，在重新设置温度为30度，按下确定键，使金属杆降温，仍每隔5度读一次数，同时读出千分表的示数，将相应的读数t2、t3、....tn,n2、n3、...nn记在表格里。
猜测为铜
六、误差分析：
温度记录是准确有误差
实验器材存在误差
读数存在误差
七、思考题：
1.如果温度已上升超过你计划记录的一两个读数，可你还没来得及记录时，实验是否可以继续继续下去？为什么？
答：不可以；实验已出现较大的误差，继续下去结果不正确，需要重新做。
2.如果因故实验需要重做，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？
南昌大学物理实验报告
课程名称：
实验名称：
一、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.测量金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的线胀系数。
二、实验原理：
固体受热后其长度的增加称为线膨胀。当温度升高时，金属杆的长度会发生变化。这种变化可以用线胀系数来衡量。
经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量∆L与其温度的增加量∆T近似成正比，与原长L亦成正比，即∆L =α∆TL。式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。