金属线胀系数的测定实验报告.doc

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1、实验5金属线胀系数的测定测量固体的线胀系数，实验上归结为测量在某一问题范围内固体的相对伸长量。此相对伸长量的测量与杨氏弹性模量的测定一样，有光杠杆、测微螺旋和千分表等方法。而加热固体办法，也有通入蒸气法和电热法。一般认为，用电热丝同电加热，用千分表测量相对伸长量，是比较经济又准确可靠的方法。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、实验原理一般固体的体积或长度，随温度的升高而膨胀，这就是固体的热膨胀。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

2、比，因此有LLt（1）式（1）中比例系数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,当温度升高为t℃时，其长度为Lt，则有即LtL0(1t)（2）如果金属杆在温度为t1，t2时，其长度分别为L1，L2，则可写出L1L0(1t1)（3）L2L0(1t2)(4)将式（3）代入式（4），又因L1与L2非常接近，所以，L2/L11,于是可得到如下结果：L2L1(t2L1t1)（5）由式（5），测得L1，L2，t1和t2，就可求得值。三、仪器介绍

3、（一）加热箱的结构和使用要求1.结构如图5-1。2.使用要求（1）被测物体控制于8400mm尺寸；（2）整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动；（3）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（4）0.2~0.3mm处较为适宜，然后再转动表壳校零）；（1）被测物体与千分表探头需保持在同一直线。（二）恒温控制仪使用说明面板操作简图，如图5-2所示。图5-21.当电源接通时，面板上数字显示为FdHc，表示仪器的公司符号，然后即刻自动转向AXX.X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

4、）。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.实验者如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。四、实验步骤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.测出金属杆的长度接触。L1(本实验使用的金属杆的长度为400mm)，使其一端与隔热顶尖紧密3.调节千

5、分表带绝热头的测量杆，使其刚好与金属杆的自由端接触，记下此时千分表的读数n1。4.接通恒温控制仪的电源，先设定需要加热的值为30℃，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3℃读一次读数，同时读出千分表的示数，将相应的读数t2，t3，⋯，tn，n2，n3，⋯，nn，n2，n3，⋯，nn，n2，n3，⋯，nn记在表格里。（其中nn=（nn+nn）/2）5.显然，金属杆各时刻上升的温度是t2-t1，t3-t1，⋯，tn-t1，相应的伸长量是n2-n1，n3-n1，⋯，nn-n1，则式（5）可

6、表示为nnn1=即nnL1(tnn1t1)n（6）L1(tnt1)L1t由此可知，线膨胀系数是以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（即n与t曲线），先算出L1，再求出。另外还可根据式（6）来计算出。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Tn／℃Nn／mm六、数据处理1.图像法根据实验数据作出n与t曲线如下图所示因2R0.9991,故数据正相关相关性很高。可得L1=0.0046mm/℃，又因求得L1=400mm0.004

7、6L12.逐差法0.00464001.15105/℃同理求得t20，tA0根据查得的tB0.2℃求出ut根据式（6），则n51.15910/℃ntL1tu(ulnrn)2u2(lnt)2u2，其中lnn1，ln1ntt代入数据求得ur3.16104u(1.1591053.6623109)/℃则(1.1591053.6623109)/℃七、误差分析两种方法所测得的结果几乎一致，而逐差法中ur许范围内。3.16104，数量级很小。故而误差在允产生误差的原因：1.在读取数据时的读数误差。2.仪器本身存在

8、的误差。八、注意事项1.在测量过程中，整个系统应保持稳定，不能碰撞。2.读取tn，nn数据时，特别是读取nn时，一定要迅速。九、试验总结1.本次实验原理简单，操作也并不复杂。但是在给铝棒加热以及降温过程中需