金屬線脹系數(shù)的測定--南昌大學-物理實驗.docx

南昌大學物理實驗報告 課程名稱： 大學物理實驗 實驗名稱： 金屬線脹系數(shù)的測定 學院： 理學院 專業(yè)班級： 應用物理學152班 學生姓名： 學號： 實驗地點： B102 座位號： 26 實驗時間： 第八周星期四上午10點開始 一、 實驗目的：1、 學會用千分表法測量金屬桿長度的微小變化。2、 測量金屬桿的線膨脹系數(shù)。二、 實驗儀器：加熱箱和恒溫控制儀。1、 加熱箱的結(jié)構(gòu)和使用要求：1) 結(jié)構(gòu)如圖1。2) 使用要求a) 被測物體約為8mm400mm；b) 整體要求平穩(wěn)，因伸長量極小，故儀器不應有振動；c) 千分表安裝須適當固定（以表頭無轉(zhuǎn)動為準）且與被測物體有良好的接觸（讀數(shù)在0.20.3mm處較為適宜，然后再轉(zhuǎn)動表殼校零）；d) 被測物體與千分表探頭需保持在同一直線。2、 恒溫控制儀使用說明面板操作簡圖，如圖2所示。圖21) 當電源接通時，面板上數(shù)字顯示為FdHc，然后即刻自動轉(zhuǎn)向A.表示當時傳感器溫度，即t1. 再自動轉(zhuǎn)為b=.=表示等待設(shè)定溫度。2) 按升溫鍵，數(shù)字即由零逐漸增大至實驗者所選的設(shè)定值，最高可選80。3) 如果數(shù)字顯示值高于實驗者所設(shè)定的溫度值，可按降溫鍵，直至達到設(shè)定值。4) 當數(shù)字達到設(shè)定值時，即可按確定鍵，開始對樣品加熱，同時指示燈會閃亮，發(fā)光頻閃與加熱速率成正比。5) 確定鍵的另一用途是可作選擇鍵，可選擇觀察當時的溫度值和先前設(shè)定值。6) 如果需要改變設(shè)定值可按復位鍵，重新設(shè)置。三、 實驗原理：一般固體的體積或長度，隨溫度的升高而膨脹，這就是固體的熱膨脹。絕大多數(shù)固定材料，其長度是隨溫度的升高而增加的，這一現(xiàn)象稱為線膨脹。設(shè)物體的溫度改變t時其長度改變量為L，如果t足夠小，則t與L成正比，并且也與物體原長L成正比，因此有L=Lt上式中比例系數(shù)稱為固體的線膨脹系數(shù)，其物理意義是溫度每升高1時物體的伸長量與它在0時長度之比。設(shè)在溫度為0時，固體的長度為L0,當溫度升高t時，其長度為Lt，則有(Lt-L0)/ L0=t即Lt= L0（1+t）如果金屬桿在溫度為t1，t2時，其長度分別為L1，L2，則可得出L1= L0（1+t）L2= L0（1+t）又因為L1與L2非常接近，所以L1/L21，于是可得到如下結(jié)果：=(L2-L1)L1(t2-t1)所以，測得L1，L2，t1和t2，就可求得值四、 實驗內(nèi)容和步驟：1. 接通電加熱器與溫控儀輸入輸出接口和溫度傳感器的航空插頭。2. 使金屬桿一端與隔熱頂尖緊密接觸。3. 調(diào)節(jié)千分表帶絕熱頭的測量桿，使其剛好與金屬桿的自由端接觸。4. 接通恒溫控制儀的電源，設(shè)定需要加熱的值為65，按確定鍵開始加熱，在達到設(shè)定溫度后降溫至室溫，降溫時也應讀數(shù)。注視恒溫控制儀，每隔5讀一次讀數(shù)，同時讀出千分表的示數(shù)，將相應的讀數(shù)t1，t2tn，n1，n2nn記在表格里。5. 顯然，金屬桿各時刻上升的溫度是t2-t1，t3-t2，tn-tn-1，相應的伸長量是n2-n1，n3-n2，nn-nn-1，則nn-n1=L1（tn-t1）即=(n2-n1)L1(t2-t1)=nL1t由此可知，線膨脹系數(shù)是以nn-n1為縱坐標、以tn-t1為橫坐標的實驗曲線的斜率。把各測量值填入下表，作nn-n1與tn-t1的曲線，先算出L1，再求出。另外還可根據(jù)上式來計算出。因為長度的測量是連續(xù)進行的，故用逐差法對n進行處理。五、實驗數(shù)據(jù)與處理：1. 實驗數(shù)據(jù)記錄：編號12345678tn/25.027.530.032.535.037.540.042.545.0(tn-t1)/02.55.07.510.012.515.017.520.0nn/mm0.00050.00490.01060.01900.02780.03490.04740.06360.0805(nn-n1)/mm00.00440.01010.01850.02730.03440.04690.06310.0800n0.00570.00740.00880.00710.01250.1620.0169次數(shù)91011121314tn/47.550.052.555.057.560.062.565.0(tn-t1)/22.525.027.530.032.535.037.540.0nn/mm0.09800.11400.12830.14340.15880.17290.17720.1914(nn-n1)/mm0.09750.11350.12780.14290.15830.17240.17670.1909n0.01750.01600.01430.01510.01540.01412. 圖像法：以nn-n1為縱坐標、以tn-t1為橫坐標作圖：因為R2=0.9841，故數(shù)據(jù)的正相關(guān)性很高。可得L1=0.005，又因L1=400mm，=0.005L1=0.005400=1.2510-5-13. 逐差法：n=0.024062 mmnA=(n-n)2n-1=0.0016 mm， nB=0.001 mmun=nA2+nB21.8910-4 mm同理t=17.5, t=2.5, tA=0 ，tB=0.2ut=tA2+tB2=0.2 =nL1t=0.6146854002.5=六、誤差分析：七、思考題：1、如果溫度已上升超過你計劃記錄的一兩個讀數(shù)，可你