实验22 金属线膨胀系数的测定

大学物理实验教案实验名称：金属线膨胀系数的测定1实验目的1）学习用电热法测量金属线胀系数；2）学习利用光杠杆法测量微小长度变化量；3）掌握图解法处理数据的方法。2实验仪器控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S）光杠杆尺读望远镜游标卡尺3实验原理3.1当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数来衡量。当温度变化不大时可用平均线胀系数α来描述。即式中和分别为物体在温度和时的长度，一般固体材料的值很小，所以也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准的问题，我们采用光杠杆法测量。3.2热传导和热平衡原理：温度总是从高温往低温传递，因此只要存在温差就会有热传导在进行，那么就不会处在平衡的状态。从观察方法来看，当温度不变时就表明系统处于热平衡的状态。只有在平衡状态下测出的温度和刻度才能相对应。动态平衡：指温度在某一个小范围内波动（一般不超过0.5度）。3.3加热器的结构图温度探头是放在样品（铜管）的空腔中的，因此温度探头不能及时测到样品的温度，必须等到样品、T和空腔中的空气达到热平衡状态时温度探头测出的温度才是样品的真实温度。但是另一个问题是平衡时间非常短所以我们就给它安装一个温度补偿器，使温度在某一个小范围内变化时间可以长一些。线路图如下：从图2可知：所以可得：=4教学内容1）用卷尺测量金属杆的长度2）光杠杆放在仪器平台上，其后足尖放在金属杆顶端的金属套上，光杠杆的镜面在铅直方向。在光杠杆前1.5~2.0m处放置望远镜及直尺（尺在铅直方向）。调节镜尺组让望远镜与直尺相对镜面成对称关系，调节望远镜的目镜使叉丝清晰，如图2，再调节望远镜使直尺的象进入望远镜中。3）打开电源开关,按下预置开关，进入预置状态，轻触调节开关，调节预置温度，调节完毕后，按预置开关，退出预置状态，进入工作状态。4）当温度达到预置温度时要注意观察补偿开关是否亮了，若亮了则正常，由于温度是连续升温和降温，注意温度会升到某个温度点后，开始降温，当温度降到比预置温度高10度的位置时打开补偿开关并且顺时针旋到40V的位置进行补偿，当温度下降较慢时可认为系统供热和散热相对稳定，记下相对稳定的温度以及此时望远镜里直尺上的读数N0，之后关掉补偿开关重新预置，当温度到达时补偿，稳定时重新记录为N1,依此类推，直到测完规定的组数。预置温度的上限为100ºC。不过在预置温度较高时补偿量应当增加，即逆时针旋一点，另外若温度无法达到前面所说的补偿位置就开始降温就要在开始降温时补偿，并且补偿量也应该稍大一些。5）停止加热，测出直尺到平面镜镜面间距离D，取下光杠杆，用游标卡尺测量后足尖到两前足尖中点的距离H。5实验教学组织及教学要求1）检查学生的预习实验报告，同时给学生一定时间观察尺读望远镜的构造。2）讲解实验要点及注意事项，同时以提问的方式检查学生的预习情况，加深学生对实验原理和实验设计的理解。3）随时注意学生的实验操作过程，及时指导解决实验中遇到的问题和困难。4）检查每个学生的实验数据，记录实验情况。5）能够利用光杠杆原理测量微小长度变化。6）调节望远镜使直尺的像进入望远镜中。6实验教学的重点及难点1）重点：1）如何调节望远镜使直尺的像进入望远镜中。2）在测量过程中，要注意保持光杠杆及望远镜位置的稳定。3）加热温度的预置及最高温度的确定。2）难点：1）调节望远镜使直尺的像进入望远镜中。7实验中容易出现的问题1）望远镜中看不到直尺的像。2）铜棒受热后没有长度变化。8实验参考数据N(cm)5.085.125.385.555.705.845.916.186.28T(°C)59.760.670.576.280.285.790.096.3100H=8.130cm;D=150.00cm;L=49.50cm实验结果检查方法△n和△t之间的变化是否合理。10课堂实验预习检查问题1）是否有金属线膨胀系数的主要公式、物理量。2）其本实验的实验内容。3）两根材料相