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1、南 昌 大 学 物 理 实 验 报 告课程名称： 大学物理实验 实验名称： 金属线胀系数的测定 学院： 理学院 专业班级： 应用物理学 152 班 学生姓名： 学号： 实验地点： B102 座位号： 26 实验时间： 第八周星期四上午 10 点开始 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、 实验仪器：加热箱和恒温控制仪。1、 加热箱的结构和使用要求 ：1) 结构如图 1。2) 使用要求a) 被测物体约为 8mm 400mm； b) 整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动；c) 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
2、良好的接触（读数在0.20.3mm 处较为适宜，然后再转动表壳校零） ； d) 被测物体与千分表探头需保持在同一直线。2、 恒温控制仪使用说明面板操作简图，如图 2 所示。图 21) 当电源接通时，面板上数字显示为 FdHc，然后即刻自动转向 A 表示当时传感器温度，.即 . 再自动转为 b=.= 表示等待设定温度。12) 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
3、，可选择观察当时的温度值和先前设定值。6) 如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。三、 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。绝大多数固定材料，其长度是随温度的升高而增加的，这一现象称为线膨胀。设物体的温度改变 时其长度改变量为 ，如果t 足够小，则 与 成正比，并且也与物体原长 L 成正比，因此有t t = Lt上式中比例系数 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 ,当温度升高 t 时，其长度为 ，则有0 ( )/0 0=即= （ 1+ ） 0 如果金属杆在温度为 ， 时，其长度
4、分别为 ， ，则可得出1 2 1 2= （1+ ）1 0 = （1+ ）2 0 又因为 非常接近，所以 ，于是可得到如下结果：1与 2 1/21=(21)1(t21)所以，测得 ， ， 和 ，就可求得 值1 2 1 2 四、 实验内容和步骤：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. 使金属杆一端与隔热顶尖紧密接触。3. 调节千分表带绝热头的测量杆，使其刚好与金属杆的自由端接触。4. 接通恒温控制仪的电源，设定需要加热的值为 65，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 5读一次读数，同时读出千分表的示数，将相应的读数 ， ，
5、 ， 记在表格里。1 2 1 2 5. 显然，金属杆各时刻上升的温度是 - ， - ， - ，相应的伸长量是 - ， -21 32 1 21 3， -2 1， 则- = （ - ）11 n1即= =(n21)1(t21)1由此可知，线膨胀系数 是以 - 为纵坐标、以 - 为横坐标的实验曲线的斜率。把各测量值填入 1 1下表，作 - 与 - 的曲线，先算出 ，再求出 。另外还可根据上式来计算出 。因为长度的测量1 1 1 是连续进行的，故用逐差法对 进行处理。n五、实验数据与处理：1. 实验数据记录：编号 1 2 3 4 5 6 7 8/ 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.
6、5 40.0 42.5 45.0-(1)/ 0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0/ 0.0005 0.0049 0.0106 0.0190 0.0278 0.0349 0.0474 0.0636 0.0805-(1)/ 0 0.0044 0.0101 0.0185 0.0273 0.0344 0.0469 0.0631 0.0800 0.0057 0.0074 0.0088 0.0071 0.0125 0.162 0.0169次数 9 10 11 12 13 14/ 47.5 50.0 52.5 55.0 57.5 60.0 62.5 65.0-(1)/
7、 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0/ 0.0980 0.1140 0.1283 0.1434 0.1588 0.1729 0.1772 0.1914-(1)/0.0975 0.1135 0.1278 0.1429 0.1583 0.1724 0.1767 0.1909 0.0175 0.0160 0.0143 0.0151 0.0154 0.01412. 图像法：以 - 为纵坐标、以 - 为横坐标作图：1 10 5 10 15 20 25 30 35 40-0.0200.020.040.060.080.10.120.140.160.18Series
8、 1Linear (Series 1)nn-n1tn-t1因为 =0.984 1，故数据的正相关性很高。2 可得 =0.005，又因 =400mm， = = =1.251 1 0.0051 0.005400 10-5 -13. 逐差法：= mm0.024062A= =0.0016 mm， B=0.001 mm(n)21 = 1.89 mm A2+2 10-4同理 =17.5 , , =2.5A=0 B=0.2 ， = =0.2 t A2+2= = =10.6146854002.5六、误差分析：七、思考题：1、如果温度已上升超过你计划记录的一两个读数，可你还没来得及记录时，实验是否可以继续进行下去？为什么？2、如果因故实验需要重做，然而接近室温时温度下降得非常缓慢，有无必要用冷水把仪器冷却至室温后再做？3、与用蒸汽加热、仪器竖直放置、只测始末两个数据比较优缺点。八、附上原始数据：
