实验7金属线胀系数的测定实验指导与数据处理

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1、金属线胀系数的测定实验指导与数据处理1.实验仪器控温式固体线胀系数测定仪(型号GXC・S)、光杠杆、尺读望远镜、游标卡尺。2.教学内容与要求2.1掌握电热法测定金属线胀系数木实验要测出铜管在受热时产生的长度变化，根据热传导和热平衡原理，在温度升到授高就耍卜降时测出相应的标尺读数N并记录卜此时的温度t,每10°C左右测-•次，直到温度近90°C至少有7组数据。2.2学习用光杠杆放大测屋微小长度变化屋的方法：本实验用光杠杆和镜尺组测最N,那么AN与AL的关系如下图所示:直尺从图1中我们可以看到，当温度变化&时长度的变化为AL,此时刻度尺的读数就变化了AN,

2、而要读出AN是一件轻而易举的事。我们知道：难得出：AL=HA/V2DAL=Htgd=H0；A7V=Dtg20=2D0；不HAN所以我们可以得到:a=2LDM2.3学习用最小二乘法处理数据。本实验不直接计算At和AN,而是将实验中测到的M和匕直接代入最小二乘法公式屮计算b及其不确定度，参看课本27页公式(9)、(10)与(12),令x=t,y=N,Z后再求出线胀系数a和它的不确定度。注意此时Q=二二。2LD3.难点指导3.1装置的调节关键在于明确每一调节步骤的目的，而不是盲目地调节。首先要摆正金属线胀系数仪,光杠杆的后足和前足的放置要能达到可以真实地反映

3、样品长度的变化，光杠杆的镜面要竖直。Z后就是尺读望远镜的调节了。尺读望远镜的调节要达到以下几个冃标：(a)尺读望远镜与光杠杆距离约1.5m；(b)尺读望远镜要保持水平并与光杠杆的镜而等高；(c)望远镜和它旁边的刻度尺必须要相对于光杠杆镜面的法线成互为对称的关系；(d)望远镜里面必须能看到光杠杆的整个镜面。只有这样，望远镜里面才nJ能看到刻度尺在镜中的像。如果以上口标都达到了，那么只要再调节物镜焦距就能看到刻度尺的像了。当刻度尺的像调节出来后，难题便迎刃而解了。3.2实验中应当注意的问题：(a)光杠杆及镜尺系统一经调好，屮途不得再变动，注意实验过程不得碰

4、动光杠杆及镜尺系统，否则所测数据无效。(b)加热耍小心，不能加热过久否则温度将一次就升得很高，以至于无法按要求完成实验。(c)测量时不要双手压桌上，或者做一些影响测蜃的事。仪器岀现异常必须及时找老师处理，主要是温度显示不正常，或是温度已经上升约10°C,而标尺的读数却没有变化。=50(B{-B2),jfij1.实验数据(a)图2为调零状态。(b)本实验借助望远镜的叉丝来测量D如右图2所示：D=100B^B2iKlAm=0.05cm。注意：BX>B2不在同一侧时读数为一正一负。(O记下每次加热Z后，仪器达到的最高温度T,并记下图2D的测量方法乔育图此吋相

5、应的刻度值N(至少7组以上)，它们的不确定度用最小二乘法计算,即Ub=Sb。(a)用游标卡尺测H,其△沪0.002cm；L=49.50cm不必测量,但其不确定度要计算,Am=0.05cmo(b)数据记录表格参看表1。(c)测量要求：B】、B2、L、H各测一次即可。每次加热线胀系数仪时，切记温度升高不应超过前一最高记录温度的2°C,就应断开加热开关，等待记录其达到最高平衡温度及对应N值。否则在90°C内将采集不到7组数据。5、实验报告书写纲要注意报告撰写格式：1实验冃的2实验原理2」实验仪器2.2实验原理与方法(注意：原理描述、包括公式、原理图等)2.3

6、简要的实验步骤2.4实验注意事项3数据处理3.1实验数据记录表格表B,(cm)B2(cm)t(°C)N(cm)H(cm)L(cm)49.503.2数据处理Cdc则：=；x=:y=:y=:xy=(a)求相关系数r若：r0

7、fi,-B2

8、)=(c)求a及其不确定度H/^NHba=—2LDt~2LDUa=Eaxa=(注意：除计算S和平均值时不需代入数据，其它每个虽的计算过程都

9、应包含冇：公式、数据代入、有效数字正确的结果及相关单位。)4实验结果待测金属钢丝的线胀系数a:°=°士心二(P=68.3%)5讨论注意：把实验结果结合实验方法和实验中出现的问题结合起來讨论。