光杠杆法测金属的线膨胀系数
光杠杆法测金属的线膨胀系数
固体线胀系数的测定热膨胀是物质的基本热学性质之一。物质的热膨胀不仅与物质的种类有关，而且对于同种物质温度不同时其膨胀系数也不相同。因此，在生产、科研和生活中必须考虑物质“热胀冷缩”的特性，测定其膨胀系数有着重要的实际意义。【实验目的】，1.利用光杠杆法测量金属线膨胀系数。2.给出测量结果，并对其不确定度进行评定
固体线胀系数的测定 热膨胀是物质的基本热学性质之一。物质的热膨 胀不仅与物质的种类有关，而且对于同种物质温 度不同时其膨胀系数也不相同。因此，在生产、 科研和生活中必须考虑物质“热胀冷缩”的特性。 测定其膨胀系数有着重要的实际意义。 • 1. 利用光杠杆法测量金属线膨胀系数。 • 2. 给出测量结果，并对其不确定度进行评定
实验仪器·线胀系数测定装置待测金属棒钢卷尺光杠杆游标卡尺·尺读望远镜
实验仪器 • 线胀系数测定装置 • 待测金属棒 • 钢卷尺 • 光杠杆 • 游标卡尺 • 尺读望远镜
实验原理·金属杆的长度一般是温度的函数，在常温下，固体的长度L与温度如下关系：L = L, (1 + αt)，式中L为固体在一0℃时的长度；称为线胀系数。其数值与材料性质有关，单位为℃一1。要测量线胀系数，需测量不同温度下金属杆的长度
实验原理 • 金属杆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： • • 式中 为固体在t＝0℃时的长度； 称为线胀系数。 其数值与材料性质有关，单位为℃－1。要测量线 胀系数，需测量不同温度下金属杆的长度。 L L t = + 0 (1 ) 0 L
(a-a)d2d1(5-)L= L (1+αt)设物体在t℃时的长度为L1，温度升到t℃时增加了L2。可以写出L, = Lo (1 + αt.)L, = Lo (1 + αt2)L, - L, = Lo (αt, -αt,)NL = L.α(t2 -t)Lo (tz -t)α=AL
设物体在t1℃时的长度为L1，温度升到t2℃时 增加了L2。可以写出 L L t 1 0 1 = + (1 ) L L t 2 0 2 = + (1 ) L L t = + 0 (1 ) ( ) ( ) 2 1 1 2 2 1 2 a a d d l t t − = − L L L t t 2 1 0 2 1 − = − ( ) L = L t t 0 2 1 ( − ) 0 2 1 ( ) L L t t − =
光杠杆测量物体微小伸长量原理·原理图AN→NDALsin&&eAL2DAN2DbANAL-LoANDbb3tan28s2eD(L, -L)b2DL(t2-t)L2、L为温度t2、t,时通过望远镜和光杠杆的平面镜看见直尺上的刻度值；b为光杠杆后足尖到二前足尖联线的垂直距离：D为光杠杆镜面到直尺的距离：L为金属棒的长度
光杠杆测量物体微小伸长量原理图 • 原理图 L2、L1为温度t2、t1时通过望远镜和光杠杆的平面镜看见直尺上的刻度值；b为光杠杆 后足尖到二前足尖联线的垂直距离；D为光杠杆镜面到直尺的距离；L为金属棒的长度。 ( ) ( ) 2 1 2 1 2 L L b DL t t − = −
实验注意事项注意保护平面镜和望远镜，不能用手触摸镜面粗调节望远镜标尺装置，使之与光杠杆等高，可采取估望远镜镜身描准的方法，再调节光杠杆镜面垂直，使望远镜镜身和标尺在平面镜子中的虚像在一条直线上测量时要读到0.01cm放置金属棒时，必须保证金属棒底端要与仪器基座紧密接触测量开始后，望远镜、加热器、光杠杆的位置不得移动，否则，所有数据将重新再测整个实验过程都不能按压实验桌，否则读数误差会很大小圆镜要小心拿放，以免打碎，不要直接拿取处于高温的铜α棒，以免烫伤
实验注意事项 • 注意保护平面镜和望远镜，不能用手触摸镜面 • 粗调节望远镜标尺装置,使之与光杠杆等高,可采取估望远镜镜身描准的 方法,再调节光杠杆镜面垂直,使望远镜镜身和标尺在平面镜子中的虚像 在一条直线上 • 测量时要读到0.01cm • 放置金属棒时，必须保证金属棒底端要与仪器基座紧密接触 • 测量开始后，望远镜、加热器、光杠杆的位置不得移动，否则，所有数 据将重新再测 • 整个实验过程都不能按压实验桌，否则读数误差会很大 • 小圆镜要小心拿放，以免打碎，不要直接拿取处于高温的铜α棒，以免 烫伤
实验内容及步骤1、在室温下，用米尺测量待测金属棒的长度L6次，取平均值。然后将其插入仪器的大圆柱形筒中。注意，棒的下端点要和基座紧密接触。2、将光杠杆放置到仪器平台上，其后脚尖踏到金属棒顶端，前两脚尖踏入凹槽内。平面镜要调到铅直方向。望远镜和标尺组要置于光杠杆前约1米距离处，标尺调到垂直方向，测量光杠杆镜面到直尺的距离6次。调节望远镜的目镜，使标尺的像最清晰并且与十字横线间无视差。记下标尺的读数L1。3、记下初温t后，给仪器通电加热，待温度计的读数稳定后，记下温度t以及望远镜中标尺的相应读数L2。4、停止加热，测出距离b，取下光杠杆放在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹，用铅笔通过前两足迹联成一直线，再由后足迹引到此直线的垂线用标尺测出垂线的距离，6次。5、计算金属杆的线胀系数，并计算出不确定度
实验内容及步骤 • 1、在室温下，用米尺测量待测金属棒的长度L6次，取平均值。然后将 其插入仪器的大圆柱形筒中。注意，棒的下端点要和基座紧密接触。 • 2、将光杠杆放置到仪器平台上，其后脚尖踏到金属棒顶端，前两脚尖 踏入凹槽内。平面镜要调到铅直方向。望远镜和标尺组要置于光杠杆前 约1米距离处，标尺调到垂直方向，测量光杠杆镜面到直尺的距离6次。 调节望远镜的目镜，使标尺的像最清晰并且与十字横线间无视差。记下 标尺的读数L1。 • 3、记下初温t1后，给仪器通电加热，待温度计的读数稳定后，记下温 度t2以及望远镜中标尺的相应读数L2。 • 4、停止加热，测出距离b，取下光杠杆放在白纸上轻轻压出三个足尖 痕迹，用铅笔通过前两足迹联成一直线，再由后足迹引到此直线的垂线， 用标尺测出垂线的距离, 6次。 • 5、计算金属杆的线胀系数，并计算出不确定度
实验数据记录1、计算α值;2、将α的测量值与实验室给出的真值相比较。t1/PCt2/℃Ca1/cma2/cm
实验数据记录 t1/℃ t2/℃ a1/cm a2/cm 1 2 3 4 5 1、计算α值； 2、将α的测量值与实验室给出的真值相比较