固体线胀系数的测定 文档.ppt

固体线胀系数的测定 大学物理实验 吉林建筑工程学院城建学院 各种材料的 热胀冷缩的强弱 是不同的，为了定 量区分它们，人们找到了表征这种热胀冷缩特 性的物理量 — 线胀系数 和 体胀系数 。 【实验简介】 热胀冷缩 工程结构的设计 应用 机械和仪器的制造 材料的加工 原因 物体内部分子热运动加剧或减弱 【实验目的】 测定金属的线胀系数，并学习一种测量微小 长度的方法。 【实验原理】 1 ．材料的线胀系数 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向上 的伸长。 在一定的温度范围内，固体受热后，其长度会增加， 设物体原长为 L ，由初温 t 1 加热至末温 t 2 ，物体伸 长为 物体受热后，其伸长量与温度的增加量成正比，和 原长也成正比。比例系数称为固体的线胀系数。 ) ( 1 2 t t L L l ? ? ? ? ) ( 1 2 t t L L l ? ? ? ? 2 ．线胀系数的测量 线胀系数是选材的一项重要指标，不同材料 的线胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其 次是金属、殷钢，石英的线胀系数很小，因此， 殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。 下表给出了几种材料的线胀系数。 钢 铁 铝 玻璃 陶瓷 殷钢 石英 10 -5 10 -5 10 -5 10 -6 10 -6 10 -6 10 -7 1 0 / ? C l ? ⊿ L 是一个微小变化量。以金属为例，若原长 为 300mm ，温度变化 100 ℃，金属的线胀系数 约为 10 -5 ℃ -1 ，可以估计出 ⊿ L ≈0.30mm 。 考虑到测量方便和测量精度，本实验采用 光杠杆 法 测量。 光杠杆系统 是由平面镜及底座，望远镜和标尺 组成的。 l ? ) ( 1 2 t t L L l ? ? ? ? （ 3 ） 由上图可知 ? ? ? ? l L D b b 1 2 2 ? ? ? ? D b b l L 2 ) ( 1 2 ? ? ? 【实验仪器】 线胀系数测定仪、光杠杆、望远镜和标尺、 数字温度计、钢卷尺、游标卡尺、待测铜管。 ) ( 2 ) ( 1 2 1 2 1 t t L D l b b ? ? ? ? ) ( 1 2 t t L L l ? ? ? ? ? 【实验内容与步骤】 1 ．用钢卷尺测量（一次）待测铜管的原长 L 后， 将其放入线胀系数测定仪的加热金属圆筒中； 2 ．调节光杠杆的前后足尖的长度 l ， 将光杠杆的 后足尖置于待测铜管的上端，二前足尖置于固定 台上的沟槽中，镜面竖直放置。 3 ．在光杠杆前 1~1.2m 处放置望远镜及标尺架， 调节望远镜及标尺架处于水平且与平面镜等高。 4 ．调节望远 镜及标尺架的 位置和望远镜 的仰角，沿望 远镜轴线方向 （借助望远镜 上的准星）能 通过镜面看到 标尺（实际是 看到标尺在镜 后的成像）。 5 ．调节目镜，看清十字叉丝，调节调焦手轮，看 清标尺的像，并使像与十字叉丝之间无视差，即 眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。 6 ．当金属筒被加热后，待测铜管逐渐伸长，每间 隔 10 ℃记录一次望远镜叉丝横线所对标尺的数值， 测量 6 到 7 个点。 1 2 3 4 5 6 7 t / ℃ b / mm 7 ．以 t （ ℃ ）为横坐标， b （ mm ）为纵坐标，在 坐标纸上作出 t - b 关系曲线，求直线斜率 k 。 ) /( ) ( 1 2 1 2 t t b b k ? ? ? 8 ．用米尺测量（一次）标尺到平面镜间的距离 D 。