实验十金属线胀系数的测定

实验十金属线胀系数的测定 实验目的实验仪器实验原理实验内容

实验目的 学习用光杠杆法测量金属棒的线胀系数。

实验仪器 光杠杆 • GXZ型金属系数测定仪温度计望远镜加热装置直标尺

光杠杆蒸汽发生器 尺度望远镜

螺旋测微装置

光杠杆原理 T:望远镜；M:光杠杆(反光镜)；P:标尺；C:有孔圆柱体；m,c:金属杆受热膨胀后的光杠杆和圆柱体；a:光杠杆长度；D:光杠杆距标尺距离.

实验原理 • 固体的长度通常随着温度的升高而增加，其长度和温度之间的关系为常温下

光杠杆法测量微小长度变化法 实验时将待测金属棒直立在金属线胀系数测定仪的金属筒中，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足置于固定台上。设在温度时，通过望远镜和光杠杆平面镜，看见直尺上的刻度a1刚好在望远镜中叉丝横线(或交点)处，当温度升高至时，直尺上刻度a2移至叉丝横线上，根据光杠杆原理可得式中d为光杠杆后足尖到二前足尖连线的垂直距离，D为光杠杆镜面到直尺的距离。将式(13-5)代入式(13-4)中，则

实验内容 光杠杆法 1.用米尺测量出金属棒长度后，将其插入线胀系数测定仪的金属筒内，棒的下端要和基座紧密接触，上端露出筒外。 2.安装温度计。 3.将光杠杆放在仪器的平台上，后足尖放在金属棒的顶端，保持光杠杆的镜面铅直。在光杠杆前处放置望远镜及直尺，同样保持直尺在铅直方向。调节望远镜看到直尺的像，要仔细调节以消除叉丝与直尺像之间的视差。读出望远镜叉丝横线或交点在直尺上的位置a1。

4.记下初始温度t1，给蒸汽锅炉加热。蒸汽进入金属筒后，随着金属筒内温度的升高，金属棒将迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，从望远镜中读出叉丝横线所对应的刻度值a2，并记下此刻的温度t2。 5.停止加热，测出直尺到光杠杆镜面的距离D，取下光杠杆及温度计。 6.将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖痕迹，用游标卡尺测出后足尖到二前足尖连线的垂直距离d。 7.取出金属棒，用冷水冷却金属筒之后安装另一根金属棒重复以上的测量。 8.按式(13-6)求出二金属的线胀系数，并求出测量结果标准不确定度。

二、螺旋测微法 • 1.用米尺测量出金属棒长度后，将其插入线胀系数测定仪的金属筒内，金属棒的一端要和基座的左端固定端紧密接触，右端露出筒外。 • 2.安装温度计(插温度计时，要先测量温度计插口到金属棒的距离，避免温度计的液泡碰触到金属棒，同时要小心，防止损坏温度计)。 • 3. 记下初始温度。 • 4. 顺时针调整螺旋测微装置中的螺杆，使螺杆尖刚好接触待测金属棒的右端面，读出此时的数值，然后将螺杆逆时针旋出一定长度。 • 5. 给蒸汽锅炉加热。蒸汽进入金属筒后，随着金属筒内温度的升高，金属棒将迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，再次顺时针调整螺旋测微装置中的螺杆，使螺杆尖刚好接触待测金属棒的右端面，读出此时的数值，并记下此刻的温度。 • 6. 停止加热，取出金属棒，用冷水冷却金属筒之后安装另一根金属棒重复以上的测量。 • 8.按式(13-4)求出线胀系数，并求出测量结果标准不确定度。数据记录在表13-2中。

课后思考 • 试分析两根材料相同,粗细、长度不同的金属棒,在同样的温度变化范围内,它们的线膨胀系数是否相同?膨胀量是否相同,为什么? • 试分析哪一个量是影响实验结果的主要因素?在操作时应注意什么？ • 若实验中加热时间过长,使仪器支架受热膨胀,对实验结果将产生怎样影响？

实验十 金属线胀系数的测定