實(shí)驗(yàn)11 電熱法測(cè)固體的線脹系數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)11電熱法測(cè)固體的線脹系數(shù)電熱法測(cè)固體的線脹系數(shù)當(dāng)固體溫度升高時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，固體分子間平均距離增大，結(jié)果使固體體積發(fā)生膨脹；反之當(dāng)溫度降低時(shí)，固體體積就會(huì)收縮，這就是“熱脹冷縮”現(xiàn)象。任何固體都具有“熱脹冷縮”特性，材料的熱脹系數(shù)就是表示物質(zhì)的“熱脹冷縮”特性的，是物質(zhì)的基本屬性之一。在建筑設(shè)計(jì)、工程施工及機(jī)械加工制造等工程技術(shù)中，常常需要知道材料的熱脹系數(shù)，以便在設(shè)計(jì)或施工中留有余地或充分利用固體的熱膨脹性質(zhì)。【實(shí)

2、驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?學(xué)習(xí)測(cè)定金屬桿的線膨脹系數(shù)的方法；2進(jìn)一步熟悉用光杠桿測(cè)定微小伸長量的原理和方法?！绢A(yù)習(xí)檢測(cè)題預(yù)習(xí)檢測(cè)題】1本實(shí)驗(yàn)的直接測(cè)量量有哪幾個(gè)分別用什么儀器，用什么方法測(cè)量間接測(cè)量量是什么與直接測(cè)量量的關(guān)系如何2光杠桿利用了什么原理有什么優(yōu)點(diǎn)3如何才能在望遠(yuǎn)鏡中迅速找到標(biāo)尺的像【實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理】1固體的線膨脹系數(shù)固體受熱引起的長度增加，稱為線膨脹，長度變化的大小取決于溫度的改變，材料的種類和材料的原長度。設(shè)在溫度為t0℃時(shí)金

3、屬桿的長度為L0，當(dāng)溫度升至t℃時(shí)其長度為L，則金屬桿的伸長量ΔL正比于原長度和溫差。即：ΔL=L－L0=αL0（t－t0）=αL0Δt（5.3.1）式中α稱為固體的線膨脹系數(shù)。不同的物質(zhì)線脹系數(shù)不同，同一質(zhì)料的線脹系數(shù)因溫度不同稍有些改變。對(duì)于大多數(shù)固體在不太大的溫度范圍內(nèi)可以把它看作常數(shù)，故常用平均線脹系數(shù)為：（5.3.2）tLL???0?由⑵式可以看出物體線脹系數(shù)α的物理意義是：在數(shù)值上等于當(dāng)溫度每升高1℃時(shí)，金屬桿每單位原長度的

4、伸長量。實(shí)驗(yàn)過程中，只要側(cè)出ΔL、L0和相應(yīng)的Δt值，就可以求得線脹系數(shù)α的值。由于固體的長度變化量ΔL很小，不易直接測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)時(shí)可采用光杠桿法測(cè)量金屬桿的伸長量ΔL。2光杠桿測(cè)量法由光杠桿測(cè)量原理（見楊氏彈性模量實(shí)驗(yàn)光杠桿原理圖）知：7用米尺測(cè)量標(biāo)尺到鏡面距離D，然后將光杠桿放在白紙上輕壓一下，得到三個(gè)足的位置，用筆畫出兩后足的連線OOˊ，自單足作OOˊ的垂線，用直尺或卡尺測(cè)出垂線長度b，或用卡尺直接測(cè)量光杠桿兩后足及前足與任一后足

5、的距離，由三角形邊高關(guān)系求出b?！緦?shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)記錄】線脹儀號(hào)碼＿＿＿，L0=＿＿＿cm，D=＿＿＿cm，b=＿＿＿cm，t0=＿＿＿℃次數(shù)0123456789101112溫度（℃）303540455055606570758085升溫n(cm)降溫nˊ(cm)標(biāo)尺讀數(shù)平均值(cm)nΔn=－n0n【數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理】1以Δt=t－to為橫坐標(biāo)，Δn=－n0為縱坐標(biāo)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作Δn～Δt圖線，用兩點(diǎn)法求斜率nK，代人公式(4)求α。2用逐

6、差法處理數(shù)據(jù)求α。例：將數(shù)據(jù)(平均值)分為兩組：n1，n2，n3，n4，n5，n6和n7，n8，n9，n10，n11，n12，則溫度每升高(或降低)30℃標(biāo)尺讀數(shù)的平均變化為Nnnnnnnnnnnnnn)()()()()()(612511410392817?????????????式中N為分子中項(xiàng)數(shù)，此處N=6將（注意對(duì)應(yīng)的溫差為30℃）代入(4)式中可求得α值，可與作n?n?圖法求得的結(jié)果比較。3隨機(jī)誤差的估算由取微分得tnDLb??