陕西师范大学：《基础物理实验》课程教学课件（PPT讲稿）金属线胀系数的测定

金属线胀系数的测定陕西师范大学物理实验教学示范中心

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实验目的学习用光杠杆法测量金属棒的线胀系数。实验仪器控温式固体线胀系数测定仪光杠杆、读数望远镜蒸汽发生器光杠杆望远镜尺组

【实验目的】 学习用光杠杆法测量金属棒的线胀系数。 控温式固体线胀系数测定仪、 光杠杆、读数望远镜 【实验仪器】 光 杠 杆 蒸汽发生器 望 远 镜 尺 组

GXZ型金属系数测定仪光杠杆温度计望远镜加热装置7保温管连接杆被测管加热带PID温度控制器度挖制器8O传感器加热开关电源开关直标尺图13-3Y

加热装置 光杠杆 直标尺 望远镜 温度计 GXZ型金属系数测定仪

实验原理★线胀系数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l =lo(1+α t +β t2 +...)常温下l=lo(1+α t)sl = l.(1 +α ti)α=l(tz -t)-oti1 +S =l.(1 +α t2))I(t2-t)>>8 tiSα=l(t2 -t)X

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 ★线胀系数 (1 ) 2 l = l 0 + t +  t + 常温下 (1 ) 0 l = l + t (1 ) 0 1 l = l + t (1 ) 0 2 l +  = l + t 2 1 1 l t t t ( )    = − −  2 1 1 l(t − t )   t 2 1 l t t ( )   = − 【实验原理】

★光杠杆原理示意图LmAL一1T：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YX

★光杠杆原理示意图 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

★光杠杆法测量微小长度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

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。 ★光杠杆法测量微小长度

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刚好在望远镜中又丝横线（或交点）处，当温度升高至t2C时，直尺上刻度a2移至叉丝横线上，根据光杠杆原理可得△S= (a, -a)dα=l(ti -to)2D(a, -a, )da2Dl(t2 -t))YX

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 t C 0 1 t C 0 2 2 1 2 1 ( ) 2 ( ) a a d Dl t t  − = − ( ) 1 0 l t t l −  2 1  = ( ) 2 a a d D  − =

望远镜中看清标尺读数调节目镜，看清十字叉丝2、调节物镜，看清标尺读数(1)镜外找像(2)镜内找像(3)消除视差YXXB中

★望远镜中看清标尺读数 （1）镜外找像 （2）镜内找像 1、调节目镜，看清十字叉丝 2、调节物镜，看清标尺读数 （3）消除视差

实验内容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1.5~2.0m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。要仔细调节以消除又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。YXX国

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 1.5~2.0m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。 【实验内容】

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d7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，求金属的线胀系数，并求出测量结果标准不确定度。XXX国C斤

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. 求金属的线胀系数，并求出测量结果标准不确定度