金属线胀系数的测定南昌大学物理实验

金属线胀系数的测定-－南昌大学－物理实验

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南昌大学物理实验报告

课程名称：大学物理实验

实验名称：金属线胀系数的测定

学院: 理学院专业班级: 应用物理学152班

学生姓名：学号:

实验地点: Ｂ1０2 座位号：26 实验时间：第八周星期四上午1０点开始

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、测量金属杆的线膨胀系数。

二、实验仪器：

加热箱和恒温控制仪。

1、加热箱的结构和使用要求：

1)结构如图1。

2)使用要求

a)被测物体约为∅８ｍm×40０mm;

b)整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动;

c)千分表安装须适当固定(以表头无转动为准)且与被测物体有良好的接触(读数在0.2~0.3mｍ处较为

适宜,然后再转动表壳校零)；

d)被测物体与千分表探头需保持在同一直线。

2、恒温控制仪使用说明

面板操作简图,如图2所示。

图2

1)当电源接通时，面板上数字显示为ＦdHｃ,然后即刻自动转向A××.×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实验者所选的设定值,最高可选8０℃。

3)如果数字显示值高于实验者所设定的温度值，可按降温键,直至达到设定值。

4)当数字达到设定值时，即可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯会闪亮，发光频闪与加热速率

成正比。

5)确定键的另一用途是可作选择键,可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。

三、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。绝大多数固定材料，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∆t时其长度改变量为∆L，如果∆t足够小,则∆t与∆L成正比，并且也与物体原长L成正比，因此有

∆L=αL∆t

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。设在温度为0℃时，固体的长度为L0,当温度升高t时,其长度为L t，则有

（L t−L0)/ L0=αt

即

L t= L0（1+αt)

如果金属杆在温度为t1,t2时，其长度分别为L1,L2,则可得出

L1＝ L0（１+αt）

L2= L0（1＋αt）

又因为L1与L2非常接近,所以L1/L2≈1，于是可得到如下结果：

α=(L2−L1)

L1(t2−t1)

所以,测得L1,L2，t1和t2，就可求得α值

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. 使金属杆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。

4. 接通恒温控制仪的电源，设定需要加热的值为６5℃，按确定键开始加热,在达到设定温度后降温至

室温，降温时也应读数。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 1，t 2…t n ，n 1,n 2…n n 记在表格里。 5. 显然，金属杆各时刻上升的温度是t 2－t 1，t 3-t 2，…，t n -t n−1，相应的伸长量是n 2-n 1,n 3－n 2，…,n n

－n n−1，则

n n －n 1=αL 1（t n -t 1）

即

α=

(n 2−n 1)

L 1(t 2−t 1)=∆n

L 1∆t

由此可知，线膨胀系数α是以n n -n 1为纵坐标、以t n －t 1为横坐标的实验曲线的斜率。把各测量值填入下表，作n n -n 1与t n -t 1的曲线，先算出αL 1，再求出α。另外还可根据上式来计算出α。因为长度的测量是连续进行的，故用逐差法对∆n 进行处理。

五、实验数据与处理:

1. 实验数据记录:

编号

1 2 3 4 5 6 7 8 t n /℃ 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 (t n -t 1)/℃ 0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

15.0

17.5

20.0

n n /mm 0.0005 0.0049 0.0106 0.0190 0.0278 0.0349 0.0474 0.0636 0.0805 (n n -n 1)/mm

0 0.0044 0.0101 0.0185 0.0273 0.0344 0.0469 0.0631 0.0800 ∆n 0.0057 0.0074 0.0088 0.0071 0.0125 0.162 0.0169 次数 9 10 11 12 13 14 t n /℃ 47.5 50.0 52.5 55.0 57.5 60.0 62.5 65.0 (t n -t 1)/℃ 22.5

25.0

27.5

30.0

32.5

35.0

37.5

40.0

n n /mm

0.0980 0.1140 0.1283 0.1434 0.1588 0.1729 0.1772 0.1914

(n n -n 1)/mm 0.0975 0.1135 0.1278 0.1429 0.1583 0.1724 0.1767 0.1909

∆n

0.0175 0.0160 0.0143 0.0151 0.0154 0.0141

2. 图像法：以n n -n 1为纵坐标、以t n -t 1为横坐标作图：