金屬桿熱膨脹實驗

1、金屬桿熱膨脹系數測定小組成員：王鑫濱，李胤，陳雁澤器材選擇：器材選擇： 固體線脹系數測量儀固體線脹系數測量儀 光杠桿光杠桿 尺讀望遠鏡尺讀望遠鏡 金屬桿金屬桿 鋼卷尺鋼卷尺實驗原理 固體受熱后其長度的增加稱為固體受熱后其長度的增加稱為線線膨脹。經驗表明，在一定的溫度范圍內膨脹。經驗表明，在一定的溫度范圍內，原長為，原長為 的物體，受熱后其伸長量的物體，受熱后其伸長量 與其溫度的增加量與其溫度的增加量 近似成正比，與原近似成正比，與原長長 亦成正比，即亦成正比，即 L=Lt （1） 式中的比例系數式中的比例系數 稱為固體的稱為固體的線線膨脹系數膨脹系數。 為測量線脹系數為測量線脹系數，由（由（1

2、）式可知，測量出）式可知，測量出t1時桿長時桿長 L、受熱后、受熱后溫度達溫度達 t2時的伸長量時的伸長量 和受熱前后的溫度和受熱前后的溫度 t1及及t2 ，則該材料在（，則該材料在（ t1 ， t2 ）溫區(qū)的線脹系數為：）溫區(qū)的線脹系數為： L 其物理意義是固體材料在（其物理意義是固體材料在（t1,t2）溫區(qū)內，溫度每升高一度時材料）溫區(qū)內，溫度每升高一度時材料的相對伸長量，其單位為（的相對伸長量，其單位為（）-1 =L(t2-t1)(2) 線脹系數的測量線脹系數的測量 線脹系數是選材的一項重要指標，不同材料線脹系數是選材的一項重要指標，不同材料的線脹系數是不同的，塑料的線脹系數最大，其的線

3、脹系數是不同的，塑料的線脹系數最大，其次是金屬、殷鋼，石英的線脹系數很小，因此，次是金屬、殷鋼，石英的線脹系數很小，因此，殷鋼、石英多被用在精密測量儀器中。殷鋼、石英多被用在精密測量儀器中。 下表給出了幾種材料的線脹系數。下表給出了幾種材料的線脹系數。鋼鋼鐵鐵鋁鋁玻璃玻璃 陶瓷陶瓷 殷鋼殷鋼 石英石英10-510-510-510-610-610-610-710/Cl)(12ttLLl)(2)(12121ttLDlbb L是一個微小變化量。以金屬為例，若原長是一個微小變化量。以金屬為例，若原長為為 300mm，溫度變化，溫度變化100，金屬的線脹系數，金屬的線脹系數 約為約為10-5-1，可以估

4、計出，可以估計出L 0.30mm。 考慮到測量方便和測量精度，本實驗采用考慮到測量方便和測量精度，本實驗采用光杠桿光杠桿法法測量。測量。 光杠桿系統(tǒng)光杠桿系統(tǒng)是由平面鏡及底座，望遠鏡和標尺是由平面鏡及底座，望遠鏡和標尺組成的。組成的。 l)(12ttLLl實驗步驟：實驗步驟：1.用用鋼卷尺測量鋼卷尺測量(一次一次)待測金屬桿的原長待測金屬桿的原長L后，將其后，將其放入線脹系數測定儀的加熱金屬圓筒中。放入線脹系數測定儀的加熱金屬圓筒中。2.調節(jié)光杠桿的前后足尖的長度調節(jié)光杠桿的前后足尖的長度 l,將光杠桿的后足將光杠桿的后足尖置于待測銅管的上端，二前足尖置于固定臺上尖置于待測銅管的上端，二前足尖

5、置于固定臺上的溝槽中，鏡面豎直放置。的溝槽中，鏡面豎直放置。3. 在光杠桿前在光杠桿前11.2m處放置望遠鏡及標尺架，調節(jié)處放置望遠鏡及標尺架，調節(jié)望遠鏡及標尺架處于水平且與平面鏡等高。望遠鏡及標尺架處于水平且與平面鏡等高。4.調節(jié)望遠鏡及標尺架的位置和望遠鏡的仰角，沿調節(jié)望遠鏡及標尺架的位置和望遠鏡的仰角，沿望遠鏡軸線方向（借助望遠鏡上的準星）能通過望遠鏡軸線方向（借助望遠鏡上的準星）能通過鏡面看到標尺（實際是看到標尺在鏡后鏡面看到標尺（實際是看到標尺在鏡后的成像）。的成像）。1234567t/H(b2-b1)/mm5.調節(jié)目鏡，看清十字叉絲，調節(jié)調焦手輪，看清標尺的調節(jié)目鏡，看清十字叉絲，

6、調節(jié)調焦手輪，看清標尺的像，并使像與十字叉絲之間無視差，即眼睛上下移動時，像，并使像與十字叉絲之間無視差，即眼睛上下移動時，標尺與叉絲沒有相對移動。標尺與叉絲沒有相對移動。 6當金屬筒被加熱后，待測銅管逐漸伸長，每間隔當金屬筒被加熱后，待測銅管逐漸伸長，每間隔10記錄一次望遠鏡叉絲橫線所對標尺的數值，測量記錄一次望遠鏡叉絲橫線所對標尺的數值，測量6到到7個點個點 7以以t（）為橫坐標，）為橫坐標，H(b2-b1)（mm）為縱）為縱坐標，在坐標紙上作出坐標，在坐標紙上作出t-H關系曲線，求直線斜關系曲線，求直線斜率率k。 )/()(1212ttbbk8.用米尺測量（一次）標尺到平面鏡間的距離用米

7、尺測量（一次）標尺到平面鏡間的距離D。9將光杠桿在白紙上輕輕壓出三個足尖印將光杠桿在白紙上輕輕壓出三個足尖印痕，用游標卡尺測量（一次）其后足尖到兩痕，用游標卡尺測量（一次）其后足尖到兩前足尖連線的距離前足尖連線的距離l。實驗結果：實驗結果：)()()()(10CUmmUlmmUDmmULlllDL計算值測量值測量值測量值LDlkl2 【注意事項注意事項】1.1.在測量在測量過程中過程中不能碰動不能碰動線脹系數測定儀，光杠桿及望線脹系數測定儀，光杠桿及望遠鏡的整個系統(tǒng)（打開加熱開關時一定要輕），稍有遠鏡的整個系統(tǒng)（打開加熱開關時一定要輕），稍有碰動實驗得從頭做起；碰動實驗得從頭做起；2. 2. 禁止用手摸禁止用手摸反射鏡、望遠鏡的目鏡及物鏡鏡面，實反射鏡、望遠鏡的目鏡及物鏡鏡面，實驗結束后要用鏡套把鏡面套好；驗結束后要用鏡套把鏡面套好；3. 3. 用望遠鏡讀出叉絲橫線在標尺上的讀數用望遠鏡讀出叉絲橫線在標尺上的讀數b b時，時，不要壓不要壓桌面桌面； 4.4.該實驗在測量讀數時