金属线胀系数的测定 南昌大学 物理实验

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1、南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：金属线胀系数的测定学院：理学院专业班级：应用物理学152班学生姓名：学号：实验地点：B102座位号：26实验时间：第八周星期四上午10点开始一、实验目的：1、学会用千分表法测量金属杆长度的微小变化。 2、测量金属杆的线膨胀系数。二、实验仪器：加热箱和恒温控制仪。1、加热箱的结构和使用要求 ：1)结构如图1。2)使用要求a)被测物体约为∅8mm×400mm；b)整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动；c)千分表安装须适当固定（以表头无转动为准）且与被测物体有良好的接触（读数在0.2~0.3mm处较为适宜，然后再转动表壳校零）； d)被

2、测物体与千分表探头需保持在同一直线。1、恒温控制仪使用说明面板操作简图，如图2所示。图21)当电源接通时，面板上数字显示为FdHc，然后即刻自动转向A××.×表示当时传感器温度，即t1.再自动转为b==.= 表示等待设定温度。2)按升温键，数字即由零逐渐增大至实验者所选的设定值，最高可选80℃。3)如果数字显示值高于实验者所设定的温度值，可按降温键，直至达到设定值。4)当数字达到设定值时，即可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯会闪亮，发光频闪与加热速率成正比。5)确定键的另一用途是可作选择键，可选择观察当时的温度值和先前设定值。6)如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。一、实验原理：一般

3、固体的体积或长度，随温度的升高而膨胀，这就是固体的热膨胀。绝大多数固定材料，其长度是随温度的升高而增加的，这一现象称为线膨胀。设物体的温度改变∆t时其长度改变量为∆L，如果∆t足够小，则∆t与∆L成正比，并且也与物体原长L成正比，因此有∆L=αL∆t上式中比例系数α称为固体的线膨胀系数，其物理意义是温度每升高1℃时物体的伸长量与它在0℃时长度之比。设在温度为0℃时，固体的长度为L0,当温度升高t时，其长度为Lt，则有(Lt-L0)/L0=αt即Lt=L0（1+αt）如果金属杆在温度为t1，t2时，其长度分别为L1，L2，则可得出L1=L0（1+αt）L2=L0（1+αt）又因为L1与L2非常

4、接近，所以L1/L2≈1，于是可得到如下结果：α=(L2-L1)L1(t2-t1)所以，测得L1，L2，t1和t2，就可求得α值一、实验内容和步骤：1.接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。2.使金属杆一端与隔热顶尖紧密接触。3.调节千分表带绝热头的测量杆，使其刚好与金属杆的自由端接触。4.接通恒温控制仪的电源，设定需要加热的值为65℃，按确定键开始加热，在达到设定温度后降温至室温，降温时也应读数。注视恒温控制仪，每隔5℃读一次读数，同时读出千分表的示数，将相应的读数t1，t2…tn，n1，n2…nn记在表格里。5.显然，金属杆各时刻上升的温度是t2-t1，t3-t2，…，

5、tn-tn-1，相应的伸长量是n2-n1，n3-n2，…，nn-nn-1，则nn-n1=αL1（tn-t1）即α=(n2-n1)L1(t2-t1)=∆nL1∆t 由此可知，线膨胀系数α是以nn-n1为纵坐标、以tn-t1为横坐标的实验曲线的斜率。把各测量值填入下表，作nn-n1与tn-t1的曲线，先算出αL1，再求出α。另外还可根据上式来计算出α。因为长度的测量是连续进行的，故用逐差法对∆n进行处理。五、实验数据与处理：1.实验数据记录：编号12345678tn/℃25.027.530.032.535.037.540.042.545.0(tn-t1)/℃02.55.07.510.012.51

6、5.017.520.0nn/mm0.00050.00490.01060.01900.02780.03490.04740.06360.0805(nn-n1)/mm00.00440.01010.01850.02730.03440.04690.06310.0800∆n0.00570.00740.00880.00710.01250.1620.0169次数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.

7、17290.17720.1914(nn-n1)/mm0.09750.11350.12780.14290.15830.17240.17670.1909∆n0.01750.01600.01430.01510.01540.01411.图像法：以nn-n1为纵坐标、以tn-t1为横坐标作图：因为R2=0.984≈1，故数据的正相关性很高。可得αL1=0.005，又因L1=400mm，α=0.005L1=0.00540