文档介绍：大学物理实验
班级:食安1601
姓名:刘增喜
学号:201611030101
2017 年 2月 25 日
实验项目名称:固体热膨胀系数测量
一、实验目的
掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
掌握大学物理仿真实验软件的基本操作方法。
测量铜棒的线热膨胀系数。
学会用图解图示法处理实验数据。
实验原理
1. 材料的热膨胀系数
各种材料热胀冷缩的强弱是不同的,为了定量区分它们,人们找到了表征这种热胀冷缩特性的物理量,线胀系数和体胀系数。
线膨胀是材料在受热膨胀时,在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内,固体受热后,其长度都会增加,设物体原长为 L,由初温t1加热至末温 t2,物体伸长了△L,则有
上式表明,物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比,和原长也成正比。比例系数al称为固体的线胀系数。
体膨胀是材料在受热时体积的增加,即材料在三维方向上的增加。体膨胀系数定义为在压力不变的条件下,温度升高1K所引起的物体体积的相对变化,用av表示。即
一般情况下,固体的体胀系数av为其线胀系数的3倍,即 av=3al,利用已知的av和△T,我们可测出液体的体胀系数av。
2. 线胀系数的测量
线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标。实验表明,不同材料的线胀系数是不同的,塑料的线胀系数最大,其次是金属。殷钢、熔凝石英的线胀系数很小,由于这一特性,殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。-1给出了几种材料的线胀系数。
几种材料的线热膨张系数
材料
钢
铁
铝
玻璃
陶瓷
熔凝石英
Al/℃
10-5
10-5
10-5
10-6
10-6
10-7
人们在实验中发现,同一材料在不同的温度区域,其线胀系数是不同的,例如某些合金,在金相组织发生变化的温度附近,会出现线胀系数的突变。但在温度变化不大的范围内,线胀系数仍然是一个常量。因此,线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。在设计任何要经受温度变化的工程结构(如桥梁、铁路等)时,必须采取措施防止热胀冷缩的影响。例如,在长的蒸气管道上,可以插入一些可伸缩的接头或插入一段U型管;在桥梁中,可将桥的一端固牢在桥墩上,把另一端放在滚轴上;在铁路上,两根钢轨接头处要留有间隙等。
在式(1)中,△L 是一个微小的变化量,以金属为例,若原长 L=300mm,温度变化 t1-t2=100℃,金属的线胀系数 al约为 10-5℃,估计△L=。这样微小的长度变化,普通米尺、游标卡尺的精度是不够的,可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放***、光学干涉法等。考虑到测量方便和测量精度,我们采用光杠杆法测量
光杠杆系统是由平面镜及底座,望远镜和米尺组成的。-1所示。当金属杆伸长时,从望远镜中可读出待测杆伸长前后叉丝所对标尺的读数 b1,b2 ,这时有
将式(3)代入式(2),则有

 
实验仪器
计算机,<<大学物理仿真实验>>教学软件
四、实验内容及步骤
1. 线胀系数的测定
(1)    仪器调节:-2所示。实验时,将待测金属棒直立在线胀系数测定仪的金属圆筒中,棒的下端要和基座紧密相连,上端露出筒外,装好温度计,