实验三、金属线膨胀系数的测定(光杠杆法).ppt

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1、一般物质都有热胀冷缩的特性，在相同的条件下，不同的金属其膨胀程度是不同的，通常用单位长度的膨胀率来描述金属的膨胀特性。线膨胀系数的测定，关键是测量金属受热后微小长度的变化，一般用光杠杆法、螺旋测微法或测量显微镜法等进行测定。本实验用光杠杆法测定金属线膨胀系数的方法。,实验三、金属线膨胀系数的测定（光杠杆法）,实验三、金属线膨胀系数的测定（光杠杆法）,实验目的实验内容实验重点实验仪器设备及材料实验原理,实验步骤数据处理 注意事项 思考与讨论,一、实验目的 1.掌握线张系数的一种测定方法。2.进一步掌握光杠杆测定微小长度变化的原理。二、实验内容 用光杠杆法测定金属棒的线张系数。三、实验重点 1.学

2、习光杠杆测定微小长度变化的原理。2.学习尺度望远镜的调节。3.加热到稳定的温度后，方可利用公式计算金属 棒的线张系数。四、实验主要仪器设备及材料：线胀系数测定仪、光杠杆、尺读望远镜、钢卷尺、游标卡尺、温度计、蒸汽发生器。,五、实验原理 1.金属线胀原理 固体的长度一般是温度的函数。在常温下，固体的长度L与温度t有如下关系：(1)式中 为固体在t=0时的长度；称为线膨胀系数，其数值与材料性质有关，单位为.设物体在 时的长度为L，温度升到 时增加了，根据（1）式可写出：（2）（3）从（2）、（3）式消去 后，再经简单运算得=（4）,由于 L，故（4）式可近似写成=（5）显然，固体线膨胀系数的物理意

3、义是当温度变化1时，固体限度的相对变化值。在（5）式中，L、均易测量,但 很小，一般仪器不易测量准，本实验中用光杠杆和望远镜标尺组来对其测量。,2.金属线膨胀系数测定仪 图1为金属线膨胀系数测定仪外形图。待测金属棒直立在仪器的金属圆筒中，光杠杆的后足尖至于金属棒的上顶端，两前足置于固定平台的凹槽中。当金属棒温度升高 时，则光杠杆后脚尖升高，使光杠杆偏转一角度，若光杠杆两前脚尖距离为 h，因较小，可有,设在温度 时，通过望远镜及光杠杆的平面镜，看到标尺上的刻度 恰好与目镜中十字叉丝横线重合，当温度升到 时，与叉丝横线重合的是标尺上的刻度，令D是光杠杆镜面到标尺的水平距离；h为光杠杆后足尖到两前足

4、尖联线的垂直距离。从图2中可得,当 角很小时，有 即（6）将式（6）代入式（5）得（7）,六、实验步骤1.在室温下，用测量待测金属棒的长度L，5次，取平均 值。2.将金属棒插入仪器的金属筒中。注意，棒的下端要和 基座紧密接触。3.插入温度计（居中适宜），小心轻放，以免破损。4.将光杠杆放置到仪器平台上，其后足尖踏到金属棒的 顶端，两前足尖置于固定平台的凹槽中。光杠杆的平 面镜面要调到铅直方向。,5.望远镜和标尺组要置于光杠杆前1米外距离，首先进行目视粗调：a 光杠杆的放置（后足：样品上，镜面竖直）b 调节望远镜中轴与光杠杆镜面中心等高 c 调节标尺的零刻度线大致与望远镜中轴等高 d 调整望远镜

5、的位置,沿着瞄准器和准星，人能看得 到镜子中尺子的像；e 调节物镜焦距，看清镜子，将镜子调整到望远镜视 场的中央,继续调焦距寻找标尺。6.寻找标尺：调节目镜、物镜焦距看清标尺,并通过调节光杠杆的镜面，使标尺的零刻度线大致与视场的水平线重合。,7.记下标尺的读数 和初温。8.加热蒸汽锅。将蒸汽通入金属筒中，待温度计的读数稳定后，记下温度 以及读出望远镜中标尺的读数。9.停止加热。在降热过程中，再次读数，记录最高温度 以及读出望远镜中标尺的相应读数，记录最低温 度 和读出望远镜中标尺的相应读数。10.光杠杆镜面到标尺的水平距离D，5次。11.取下光杠杆放在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹，用 铅笔通过前

6、两足痕联成一直线，再由后足痕引到此 直线的垂线，用游标卡尺测垂线的距离h，5次。,12.数据记录（1）测量D，L，h,（2）测金属棒的线胀系数,望远镜中标尺读数d,七、数据处理1、对于金属棒1，数据处理如下：a.图解法：分别把测量的低温数据和高温数据求平均，即，；，在坐标纸上，以温度为横坐标，望远镜中标尺的读数为纵坐标，描出低温时点 A（，）和 最高温度点 B（，）两点。,b.计算斜率及斜率的不确定度：根据斜率公式，可得斜率：根据间接测量误差公式，斜率不确定度为：即斜率的不确定度包括两个部分:毫米尺和温度计仪器本身的误差；目测误差。毫米尺：,.,温度计：c.线胀系数及其的不确定度：线胀系数为：

7、线胀系数的不确定度为：,2、对于同种材料的金属棒1、金属棒2和金属棒3，数据处理如上,求出 和。3、3个金属棒平均的线胀系数为：（因为同种材料的金属棒，横截面的大小不影响线胀系数，即随着温度的变化，同种材料的金属棒在线性变化上是一样的。）4、将 的测得值与实验室给出的值进行比较，求出百分误差。,八、注意事项1.注意测量的先后顺序，测量过程不可再对仪器进行调节，否则需重新测量。2.预置温度不能比环境温度高过多，一般 多1即可。若不小心预置太高可断电后马上重设预置温度继续实验。3.温度快达到最高时(温度显示可以保持20秒)，需密切关注，及时记录数据。,九、思考与讨论1.本实验所用仪器和用具有哪些？如何将仪器安装好；操作时应注意哪些问题？2.调节光杠杆的程序是什么？在调节中要特别注意哪些地方？3.分析本实验各物理量的测量结果，哪一个对实验误差影响较大？4.根据实验室条件你还能设计一种测量L 的方案吗？5.为什么有时候在望远镜里只能看到部份清晰、部分模糊的标尺的像？,谢 谢,thanks！,