金属线胀系数的测定

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,固体,线胀系数的测定,12级物汉,钱学娇,20121102831,指导老师：哈斯朝鲁,固体线胀系数的测定,一般情况下，物体当温度升高时，由于原子或分子的热运动加剧，粒子间的平均距离发生变化，温度越高，其平均距离也越大，在宏观上体现出体积发生热膨胀。热膨胀是物质的基本热学性质之一。物质的热膨胀不仅与物质的种类有关，而且对于同种物质温度不同时其膨胀系数也不相同。因此，在生产、科研和生活中必须考虑物质“热胀冷缩”的特性。测定其膨胀系数有着重要的实际意义。,优其是对于固体而言，虽然固体的热膨胀非常小，但是物体发生很小形变时却产生很大的应力。通常测量固体线胀系数是在某一温度范围内测量固体的微小深长量，测量微小深长量的方法有光杠杆法、螺旋测微法等，在这里介绍用光杠杆方法测量金属的线胀系数。,实验目的,学习固体热膨胀的原理和实验测量方法；,测量金属在一定温度范围内平均线膨胀系数；,掌握用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法。,实验仪器,固体线胀系数测定仪,待测金属棒,温度计,秒表,光杠杆,米尺,游标尺,尺读望远镜,实验原理,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：,（,10-1,）,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。,实验方案,设物体在,t,1,时的长度为,L,，温度升到,t,2,时增加了,L,。根据（,10-1,）式可以写出,（,10-2,）,（,10-3,）,从（,10-2,）、（,10-3,）式中消去,L,0,后，再经简单运算得,（,10-4,）,实验方案,由于，故（,10-4,）可以近似写成,（,10-5,）,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,、,t,1,、,t,2,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。,光杠杆测量物体微小伸长量原理图,原理图,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,.,3,、粗调节望远镜标尺装置,使之与光杠杆等高,可采取估望远镜镜身描准的方法,再调节光杠杆镜面垂直,使望远镜镜身和标尺在平面镜子中的虚像在一条直线上,.,实验内容及步骤,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。调节望远镜的目镜，使标尺的像最清晰并且与十字横线间无视差。记下标尺的读数,d,1,。,实验内容及步骤,4,、记下初温,t,1,后，给仪器通电加热，间隔,10,记录一次温度以及望远镜中标尺的相应读数。,5,、停止加热。测出距离,D,。取下光杠杆放在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹，用铅笔通过前两足迹联成一直线，再由后足迹引到此直线的垂线，用标尺测出垂线的距离,h,。,6,、用逐差法或线性拟合法计算出金属杆温度每升高一摄氏度时金属杆的伸长量，代入（,19-5,）计算金属杆的线胀系数，并计算出不确定度。,实验数据记录,1,、数据测量记录：单位：,mm,光杆干平面镜到尺子的距离,D=,88,cm,光杆干前后足尖的垂直距离,=,55,mm,2,、金属杆伸长记录,温度,23,34,54,98,95,80,60,45,40,读数,.2.0,2.08,2.02,2.75,2.81,2.85,2.95,2.92,2.96,注意事项,1被测金属杆要调至铅直状态；本仪器使用时，应可靠接地。,2温度读数及标尺读数均须系统达到热平衡的稳定状态进行。,3初、终温度由、的指示值的平均值来确定。,4实验装置调好后，在测量过程中不得移动任部件。,5该实验在测量读数时是在温度连续变化时进行，因此读数时间必须快而准。,6观测温度计读数时，可将温度计提起；看完后迅速放入。,7调压旋钮顺时针方向为增大。,思考题,1 本实验并非绝热系统，对实验结果是否有影响?,2 被测金属的端面和下支撑面若不平整对实验结果会产生怎样的影响？,3 用一组测量数据计算误差并分析哪个量对实验结果的影响较大？,实验完毕，整理仪器,thank you,