试验六测量金属的线胀系数网络中心南阳师范学院.doc

普通物理实验Ⅲ 南阳师范学院物理与电子工程学院  前 言 《普通物理实验Ⅲ》是物理学专业的必修课，它的内容包括热学和光学实验。在本讲义中，热学部分共列出6个实验，光学部分共列出7个实验。其中实验一、实验二、实验三、实验四由王宗昌编写，实验五、实验六由郑长波编写，实验八、实验九、实验十一由宋金璠编写，实验七、实验十、实验十二、实验十三由仲志国编写，本讲义由张萍统稿并定稿，并感谢尹中文对编写本讲义过程中所提供的帮助。 本讲义在编写过程中，参考了许多其他高等师范院校的实验教材，但由于编者水平和能力有限，讲义中难免有不妥之处，恳请读者批评指正。 编者 2006年8月 目 录 实验一 金属比热的测定……………………………………………………………3 实验二 金属线胀系数的测定………………………………………………………7 实验三 冰的熔解热的测定…………………………………………………………14 实验四 液体表面张力系数的测定——拉脱法……………………………………18 实验五 良导体导热系数的测定……………………………………………………21 实验六 不良导体导热系数的测定…………………………………………………25 实验七 薄透镜成像性质研究及透镜焦距的测定…………………………………28 实验八 分光计的调整及折射率的测定……………………………………………36 实验九 等厚干涉现象的研究………………………………………………………49 实验十 迈克尔逊干涉仪的调整和使用……………………………………………54 实验十一 用透射光栅测光波波长及角色散率………………………………………59 实验十二 狭缝衍射的研究……………………………………………………………65 实验十三 全息照相……………………………………………………………………79 实验一 金属比热的测定 实验目的 1．掌握基本的量热方法——混合法。 2．测定金属的比热。 3．学习热学实验中散热带来的误差的修正方法。 实验仪器 量热器、物理天平、温度计、加热器、待测金属块。 主要仪器介绍 量热器如图1所示。量热器的内外筒由金属制成（一般为铜制或铝制）。内外筒之间有空气层并用绝热架隔开，外筒用绝热盖盖着，内筒内有金属制的搅拌器，搅拌器的手柄上加绝热套。同时内筒的外壁、外筒的内壁电镀得十分光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领变得很小，这样实验系统可粗略地认为是个孤立的实验系统。 实验原理 温度不同的物体混合后，热量将由高温物体传递给低温物体，如果在混合过程中系统和外界没有热交换，最后将达到均匀稳定的平衡温度，在这个过程中，高温物体所放出的热量等于低温物体所吸收的热量。此即热平衡原理。 将质量为m、温度为t1的金属块投入量热器的水中，设量热器（包括搅拌器和温度计插入水中部分）的热容为q，其中水的质量为m0，比热为c0，待测金属块投入水中之前水和量热器的温度为t2，在待测金属块投入水中之后，系统达到平衡状态，此时混合温度为t，设待测金属块的比热为c，则在忽略量热器与外界热交换的情况下，将存在下述关系： （1） 所以 （2） 量热器的热容q可以根据其质量和比热算出，设量热器内筒和搅拌器由同一物质制成，其质量为m1、比热为c1，温度计插入水中部分的体积为v(单位为cm3)，则 q = m1c1+1.9v (J/0C) （3） 上述讨论是在假定实验系统与外界没有热交换的情况下得出的结论。实际上只要有温度差异就必然会有热交换，因此，必须考虑如何防止或进行修正热散失的影响。在本实验中由于测量的是导热良好的金属，从投入物体到系统达到平衡状态所需时间较短，可以采用热量出入相互抵消的方法消除散热的影响。即控制量热器和水的初温t2，使t2低于环境温度θ，混合后的平均温度t则高于环境温度θ。当系统温度低于θ时，系统从外界吸热；当系统温度高于θ时，系统向外界散热。如能使，则可做到系统和外界的热交换大致相抵消。若实验中未能做到使，可以用下述方法对系统的温度进行修正。 这种修正系统温度的方法，要点是假定过程在无限短的时间内完成（即系统来不及与外界进行热交换），作出过程的时间--温度曲线，利用外推法得到系统的理想初温和终温。图2是实验中系