物理实验指导书：金属线胀系数的测定.doc

海量资料 超值下载 金属线胀系数的测定一、实验目的1掌握测定金属杆线膨胀系数的方法。2掌握用光杠杆测量微小伸长量的原理。二、实验仪器金属线胀系数仪、光杠杆、温度计、米尺、望远镜、游标卡尺。三、实验原理固体受热后发生体积膨胀，分别在x、y、z方向的膨胀称线膨胀。对于杆状物体，只研究在杆长方向的膨胀，当原长为L的杆状物，在一定温度范围内，受热后其伸长量与原长L成正比，与所加温度增量近似成正比，即 （1）式中比例系数称线膨胀系数，在温度变化不太大的情况下，对一定的物质材料，是一个常量，材料不同，值不同，如塑料值很大，金属次之，熔凝石英值很小。 对杆状待测物，测出温度为t1时的杆长L，受热后温度到达t2时，伸长量为，则该固体材料在t1，t2温度范围内的线胀系数 （2）的物理意义：固体材料在t1，t2温度范围内，温度每升高1时，固体材料的相对伸长量，其单位为：-1公式（2）中只有是微小变化量，是眼睛看不见的，我们采用光杠杆放大原理来测量。光杠杆放大原理参看图1：M（镜面） S标尺 b D O n1 望远镜 b nn2 光杠杆 L 图1 光杠杆放大原理 当杆状物伸长时，光杠杆的单足尖抬高角，反射镜面向前倾角，从望远镜到光杠杆镜面的光线和其反射到标尺的光线之间的夹角为。由图可得： 角很小， （3）放大倍数： 将（3）式代入（2）式得 （4）此式为光杠杆法测量的公式，式中，n1，n2为t1与t2温度时，读数望远镜中标尺照明器像上的对应读数；D为光杠杆镜面到标尺照明器的距离；b为光杠杆前后足的垂直距离。四、仪器结构与性能指标GXZ1金属线胀系数仪结构见图2， 加热采用加热带。温度计1输入电源：AC220 10%，50Hz；2加热带功率：130W；3加热电压：AC50V220V 可调；保温管4水银温度计：0 100；5伸长量测量范围：0 5mm；连接杆伸长量测量最小分辨率：0.001mm；待测管图2电源开关调节电压加热带五、实验步骤1.如图3所示，将待测管装入加热管内，在待测管的小孔中插一支量程为0100的水银温度计。标尺照明器望远镜 光杠杆 金属线胀系数仪图3 测量金属线膨胀系数的装置2实验前把被测铜管取出，用钢卷尺测出室温t1时的棒长L，然后把铜管慢慢放入加热管中,直到铜管底端接触到金属线胀系数测定仪的底部，然后把光杠杆单尖足放在铜管顶端，双尖足放在仪器平台上的凹槽内，尽量使小镜的镜面、望远镜的镜面和标尺照明器同时垂直于水平平面。3用眼睛从望远镜的上方观察光杠杆小镜中是否有标尺照明器的标尺像。如果没有，左右移动标尺照明器，直到能看到标尺的像，然后再从望远镜中看，调节物镜使小镜中的像清晰可辨，再调节目镜，使望远镜中的十字叉丝清晰，同时读出水平叉丝在标尺上的位置n1。4接通电源，开始加热，升温的快慢通过调节金属线胀系数仪底座上的旋钮，观察温度计及望远镜读数的变化。每隔一段时间同时测t与n所对应的读数，共测8个数据。5关闭电源，用米尺量出小反射镜到标尺的距离D，用游标卡尺测出光杠杆后足尖到前足线的垂直距离b。6由式（4）求出铜杆的线膨胀系数，并与标准值比较。7按同样的方法，求出铁管的线膨胀系数，并与标准值比较。六、测量记录和数