文档介绍：总第期第期高校实验室工作研究.,.
年月.
光杠杆法测量固体的线膨胀系数
仇旭,史建君,李小云,陈晖,金立
浙江理工大学物理实验中心,浙江杭州
摘要:在光杠杆测量原理的基础上,利用自行设计改进的实验仪器,给出了一种利用其操作方法测量金
属棒线膨胀系数的实验方式。采用光杠杆法测量材料线膨胀系数和原有的实验仪器相比具有测量
准确、对环境依赖性更小、更加方便等优点,更适合于学生对于金属棒线膨胀系数实验的操作和理解。
关键词: 实验仪器;线膨胀系数; 实验;光杠杆法
任何物体都具有“热胀冷缩”的特性“,物体的
线膨胀系数是物体的基本热学物理性质之一,是表征物
体性质的一个重要的特征量,在某些领域如高精度实
验领域是一个非常重要的物理量,尤其对常温以上物
体线膨胀系数的测量在实际工程中更具有重要意义。二—
固体的线膨胀与固体的自身材质相关,与温度成正王
—
比,与固体的原有体征如长度成正比。固体的任一
何线度长度、宽度、厚度、直径等随温度的变化, 图光杆杆装置原理示意图
都称为线膨胀。在普通物理实验中,测量最多的是长光杠杆法的实质:将微小长度变化量经光杠杆装置转变
度随温度的变化量。为微小角度变化量,再经由尺度望远镜转变为刻度尺上
现如今,大多数高校的物理实验都开设了固体线膨较大的读数变化量,从而实现对微小变化量的计算。这
胀系数测定的实验,各校使用的仪器不尽相同,采用的样不仅可以提高测量的准确度,还可以实现非接触测
方法也是多种多样,但实验中往往都有一个共同的问题量。
——
相对误差很大。针对实验中心所用的实验. 固体的线膨胀系数
仪器在实验过程中学生测量所得的数据往往浮动较大, 通常固体的长度随温度的升高而伸长,其长度和温
稳定性比较差。我们通过改良实验方法,力求更准确的度之间的关系为:
测准微小长度,从而实现提高实验精度的目的⋯。⋯
测量微小变化量的方法常用的是两种:螺旋测微法式中为固体在初始状态时的长度, 、、⋯是与被
和光杠杆法。结合实验中心的实际情况,从操作性及稳测固体本身相关的常数,都是些比较小的数值。而母以
定性方面考虑,我们选择了使用光杠杆法进行测量。下各系数与相比甚小,在常温下可以忽略。因此有
实验原理
此处的就是通常所称的线膨胀系数,单位是℃~。当
. 测量原理固体的温度分别为和时,其对应长度和:可分
/称为光杠杆常数,其中为三足平面镜的臂别表示为: .
长,为平面镜至标尺的距离。因为放大倍数等于光杠。,
杆常数的倒数,所以放大倍数越大也即光杠杆常数越:。仪,
小,对实验测量越有利。和如图所示。基本关系联立、式可得:
式如下: 一

△一.

, 一
●基金项目: 浙江省新世纪高等教育教学改革项目由于。、非常接近,即,故式可写为:
;物理实验省级示范中心建设一。
●作者简介:仇旭一,男,浙江温岭人,硕士, 实验: —■
师,主要从事实验教学与仪器开发研究。
●收稿日期:——由式可见,只要测出,、、、就可以求出【
第期仇旭,等:光杠杆法测量固体的线膨胀系数
值。.× ℃~。通过查找资料得知:在℃下,纯
铜的线膨胀系数理论值为.×~,与该数据