固體線脹系數(shù)測(cè)定

1、關(guān)于固體線脹系數(shù)的測(cè)定第1頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 各種材料的熱脹冷縮的強(qiáng)弱是不同的，為了定量區(qū)分它們，人們找到了表征這種熱脹冷縮特性的物理量線脹系數(shù)和體脹系數(shù)。【實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介】 熱脹冷縮 工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 應(yīng)用 機(jī)械和儀器的制造 材料的加工原因 物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)加劇或減弱第2頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?測(cè)定金屬的線脹系數(shù)，并學(xué)習(xí)一種測(cè)量微小長(zhǎng)度的方法。 【實(shí)驗(yàn)原理】 1材料的線脹系數(shù) 材料的線膨脹是材料受熱膨脹時(shí)，在一維方向上的伸長(zhǎng)。第3頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 在一定的溫度范圍內(nèi)，固體受熱后，其

2、長(zhǎng)度會(huì)增加，設(shè)物體原長(zhǎng)為 L，由初溫 t1 加熱至末溫 t2，物體伸長(zhǎng)為 物體受熱后，其伸長(zhǎng)量與溫度的增加量成正比，和原長(zhǎng)也成正比。比例系數(shù)稱為固體的線脹系數(shù)。 第4頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 2線脹系數(shù)的測(cè)量 線脹系數(shù)是選材的一項(xiàng)重要指標(biāo)，不同材料的線脹系數(shù)是不同的，塑料的線脹系數(shù)最大，其次是金屬、殷鋼，石英的線脹系數(shù)很小，因此，殷鋼、石英多被用在精密測(cè)量?jī)x器中。 下表給出了幾種材料的線脹系數(shù)。鋼鐵鋁玻璃陶瓷殷鋼石英10-510-510-510-610-610-610-7第5頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 L是一個(gè)微小變化量。以金屬為例，若

3、原長(zhǎng)為 300mm，溫度變化100，金屬的線脹系數(shù) 約為10-5-1，可以估計(jì)出L 0.30mm。 考慮到測(cè)量方便和測(cè)量精度，本實(shí)驗(yàn)采用光杠桿法測(cè)量。 光杠桿系統(tǒng)是由平面鏡及底座，望遠(yuǎn)鏡和標(biāo)尺組成的。 第6頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 第7頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四（3）由上圖可知第8頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【實(shí)驗(yàn)儀器】 線脹系數(shù)測(cè)定儀、光杠桿、望遠(yuǎn)鏡和標(biāo)尺、數(shù)字溫度計(jì)、鋼卷尺、游標(biāo)卡尺、待測(cè)銅管。第9頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】 1用鋼卷尺測(cè)量（一次）待測(cè)銅管的原長(zhǎng)

4、L后，將其放入線脹系數(shù)測(cè)定儀的加熱金屬圓筒中；第10頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 2調(diào)節(jié)光杠桿的前后足尖的長(zhǎng)度l，將光杠桿的后足尖置于待測(cè)銅管的上端，二前足尖置于固定臺(tái)上的溝槽中，鏡面豎直放置。第11頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 3在光杠桿前11.2m處放置望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺架，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺架處于水平且與平面鏡等高。第12頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 4調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺架的位置和望遠(yuǎn)鏡的仰角，沿望遠(yuǎn)鏡軸線方向（借助望遠(yuǎn)鏡上的準(zhǔn)星）能通過鏡面看到標(biāo)尺（實(shí)際是看到標(biāo)尺在鏡后的成像）。第13頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20

5、日，5點(diǎn)7分，星期四 5調(diào)節(jié)目鏡，看清十字叉絲，調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪，看清標(biāo)尺的像，并使像與十字叉絲之間無視差，即眼睛上下移動(dòng)時(shí)，標(biāo)尺與叉絲沒有相對(duì)移動(dòng)。第14頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 6當(dāng)金屬筒被加熱后，待測(cè)銅管逐漸伸長(zhǎng)，每間隔10記錄一次望遠(yuǎn)鏡叉絲橫線所對(duì)標(biāo)尺的數(shù)值，測(cè)量6到7個(gè)點(diǎn)。1234567t/b/mm第15頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 7以t（）為橫坐標(biāo)，b（mm）為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出t-b關(guān)系曲線，求直線斜率k。 第16頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 8用米尺測(cè)量（一次）標(biāo)尺到平面鏡間的距離D。D第17頁(yè)

6、，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 9將光杠桿在白紙上輕輕壓出三個(gè)足尖印痕，用游標(biāo)卡尺測(cè)量（一次）其后足尖到兩前足尖連線的距離l。 l第18頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四 10計(jì)算銅管的線脹系數(shù)第19頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】第20頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求】 1實(shí)驗(yàn)名稱 2實(shí)驗(yàn)儀器 3實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4實(shí)驗(yàn)原理及所采用的實(shí)驗(yàn)方法 5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 6原始數(shù)據(jù) 7數(shù)據(jù)處理第21頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【注意事項(xiàng)】1.在測(cè)量過程中不能碰動(dòng)線脹系數(shù)測(cè)定儀，

7、光杠桿及望遠(yuǎn)鏡的整個(gè)系統(tǒng)（打開加熱開關(guān)時(shí)一定要輕），稍有碰動(dòng)實(shí)驗(yàn)得從頭做起；2. 禁止用手摸反射鏡、望遠(yuǎn)鏡的目鏡及物鏡鏡面，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要用鏡套把鏡面套好；3. 用望遠(yuǎn)鏡讀出叉絲橫線在標(biāo)尺上的讀數(shù)b時(shí)，不要壓桌面； 4.該實(shí)驗(yàn)在測(cè)量讀數(shù)時(shí)是在溫度連續(xù)變化時(shí)進(jìn)行，因此讀數(shù)時(shí)要快而準(zhǔn)。 5. 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量減少走動(dòng)和震動(dòng)，保持安靜，以免影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。第22頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【教學(xué)要求】 1測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)； 2多項(xiàng)測(cè)量?jī)?nèi)容都有互相交叉的內(nèi)容，應(yīng)考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否前后一致； 3考察實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)果是否與原始數(shù)據(jù)相符。第23頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，

8、5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 1固體的體脹系數(shù)的理論原理和實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法以及光杠桿原理； 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：結(jié)果的有效數(shù)字、不確定度的正確表達(dá)； 3光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、升溫快慢的掌握、鏡面角度的變化對(duì)讀數(shù)的影響等。 第24頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)7分，星期四【預(yù)習(xí)抽查問題與思考題】 1. 實(shí)驗(yàn)中各長(zhǎng)度量用不同的儀器來測(cè)定，是怎樣考慮的？為什么？ 2. 本實(shí)驗(yàn)中固體的線脹系數(shù)測(cè)量誤差的傳遞公式是什么？主要測(cè)量誤差有哪些？請(qǐng)估算各測(cè)量量的不確定度。 3. 材料線脹系數(shù)跟材料的哪些性質(zhì)有關(guān)？ 4. 本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量公式要求滿足哪些實(shí)驗(yàn)條件？實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何保證？ 5. 安裝、調(diào)整儀器時(shí)應(yīng)注意什么？ 6. 安調(diào)節(jié)光杠桿的步驟是什么？