热膨胀系数实验报告.docx

1、热膨胀系数实验报告热膨胀系数实验报告 篇一：热膨胀系数测定实验报告数据处理由，得（50-200C）o 其中n1=， L=72mm； 解得：（50-200C）/C oo相变起始温度T0=283C， o相变终止温度T1=295C。篇二：物理金属线膨胀系数测量实验报告 实验 （七） 项目名称：金属线膨胀系数测量实验 一、实验目的 1、学习测量金属线膨胀系数的一种方法。 2、学会使用千分表。 二、实验原理 材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。线胀系数是选用材料的一项重要指标。特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。 固体受热后其长度的增加称为线膨胀。经验表明，在一定的温度范围内，原

2、长为L的物体，受热后其伸长量?L与其温度的增加量?t近似成正比，与原长L亦成正比，即： ?LL?t （1） 式中的比例系数?称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常

3、量。 为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。由（1）式可知，测量出时杆长L、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量?L和受热前后的温度升高量?t，则该材料在温度区域的线胀系数为：? ?L（2） 其物理意义是固体材料在温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为。 测量线胀系数的主要问题是如何测伸长量?L。我们先粗估算一下?L的大小，若 L?250mm,温度变化t2?t1?100C，金属的?数量级为?10?5?1，则估算出 ?1 ?LL?t?。对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。可采用千分表（分度值为）、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等方法。本实验用千分

4、表（分度值为）测微小的线胀量。 三、实验主要仪器设备和材料 四、实验内容和步骤 1把样品空心铜棒、铝棒安装在测试架上。在室温下用米尺重复测量金属杆的原有长度23次，记录到表1中，求出L原有长度的平均值。 2安装好实验装置，连接好加热皮管，打开电源开关，以便从仪器面板水位显示器上观察 水位情况。水箱容积大约为750ml。 3.加水步骤:先打开机箱顶部的加水口和后面的溢水管口塑料盖，用漏斗从加水口往统内加水，管路中的气体将从溢水管口跑出，直到系统的水位计仅有上方一个红灯亮，其余都转变为绿灯时，可以先关闭溢水管口塑料盖。接着可以按下强制冷却按钮，让循环水泵试运行，由于系统内可能存在大量气泡，造成水位

5、计显示虚假水位，只有利用循环水泵试运行过程，把系统内气体排出，这时候水位下降，仪器自动保护停机。因此，在虚假水位显示已满的情况下，采用反复启动强制冷却按钮,利用循环水泵的间断工作把管路中的空气排除,即启动强制冷却按钮自动停机再加水的反复过程，直到最终系统的水位计稳定显示，水位计只剩上方一个红灯未转变为绿灯，此时必须停止加水，以防水从系统溢出，流淌到实验桌上。接下来即可进行正常实验，实验过程中发现水位下降，应该适时补充。 4设置好温度控制器加热温度，一般加热温度设定值应该比金属管所需要的实验温度值高150C，具体可根据温度的高低，决定温度提高量。 5将铝管对应的测温传感器信号输出插座与测试仪的介

6、质温度传感器插座相连接。将千分尺装在被测介质铝管的自由伸缩端固定位置上，使千分表测试端与被测介质接触， 6正常测量时，可以把不测量的测件的水龙头关闭，可节约能源，缩短加热时间。实验时，按下加热按钮（高速或低速均可，但低速档由于功率小，一般最多只能加热到500C左右)，观察水温和被测金属管温度的变化，直至金属管温度等于所需温度值（350C）。 7测量并记录数据： 当被测介质温度为35C时，读出千分表数值L35，记入表2中。接着在温度为 400C, 450C,500C,550C,600C,650C,700C 时，记录对应的千分表读数 L40, L45,L50,L55,L60,L65,L70 700

7、C）温度区间的线膨胀系数。 00 8用逐差法求出温度每升高5C金属棒的平均伸长量，由（2）式即可求出金属棒在（35C， 五、实验数据处理与分析 2 数据记录2： ?L计算?铝 =?10?5?1 4附几种纯金属材料的线膨胀系数： 物质名称 温度范围（C）线膨胀系数?10?6 ?1 纯 铝 0100 纯 铜 0100 由于材料提炼和加工的难度，例如纯铝几乎无法进行机械加工，所以一般使用的材料多非纯金属，所以以上参数并非标准数据。而实际使用的金属材料的线膨胀系数比纯金属要小 10%15%，铜合金约为?10?5?1，铝合金约为?10?5?1 ，供参考。 六、问题与讨论 1. 该实验的误差来源主要有哪些

8、？ 答：一、温度的影响，每一种材料都有它的温度膨胀系数，温差越大对它的影响也越大。二、测量仪器的不精密。三、金属线本身重量对金属产生拉伸作用。 2. 如何利用逐差法来处理数据？ 答：用不同温度多次测量记录，做图。 3. 利用千分表读数时应注意哪些问题，如何消除误差？ 答：（1）测量前,必须把千分表固定在可靠的表架上,并要夹牢;要多次提拉千分表的测杆放下测杆与工件接触,观察其重复指示值是否相同。（2）为了保证测量精度,千分表测杆必须与被测工件表面垂直,否则会产生误差。（3）测量时,可用手轻轻提起测杆的上端后,把工件移至测头下,不准把工件强行推入测量头下,更不准用工件撞击测头,以免影响测量精度和撞

9、坏千分表。为了保持一定的起始测量力,测头与工件接触时,测杆应有的压缩量。（4）为了保证千分表的灵敏度,测量杆上不要加油,以免油污讲入表内；正确测量，正确读数，多次测量，建立误差补偿来消除误差。 4千分表的读书应保留多少位有效数据？ 答：实际测量值等于小表盘读数加答表盘读数，应读到最小刻度的下一位，若以毫米为单位，有效数据应读到小数点的后四位。篇三：固体热膨胀系数测量_实验报告 大学物理仿真实验 年 月日实验项目名称：固体热膨胀系数测量 一、实验目的 1. 掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。 2. 掌握大学物理仿真实验软件的基本操作方法。 3. 测量铜棒的线热膨胀系数。 4. 学会用图解图示法

10、处理实验数据。 二、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

11、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。表给出了几种材料的线胀系数。 几种材料的线热膨张系数人们在实验中发现，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

12、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，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、 -5 光杠杆放大法、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

13、。光杠杆放大原理如图所示。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 放大公式的推导参看第一册实验三、实验仪器 计算机，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：实验装置图如图所示。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，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足尖置于固定台上。在光杠杆前1m左右放置望远镜及直尺。调节望远镜，直到看清楚平面镜中直尺的像，反复调节，使标尺成像清晰，且叉丝也清晰，并使像与叉丝之间无视差，即眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。 （2） 读出叉丝横线在直尺上的读数 b1，记录初温 t1， 蒸气进入金属筒后，金属棒迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，读出望远镜叉丝横线所对直尺的数值 b2，并记下 t2。 （3） 如果线胀仪采用电加热，测量可从室温开始，每间 隔 10计一次t和b的值，直到t达 100。然后逐渐降温，重复测以上数据。 （4） 测量直尺到平面镜间 距离D，将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖印痕，用游标卡 尺测量其后足尖到两前足尖连线的距离 。 （5） 以t为横坐标,b为纵坐标作出b-t关系曲线,求直线斜率k,并由此计算 （6） 用最小二乘法求直线斜率k,并计算 al的标准误差。