仿真实验报告-固体线膨胀系数的测量

固体线膨胀系数的测定实验报告
目录
1. 实验目的
1.1 实验原理
1.1.1 线膨胀系数的概念
1.1.2 线膨胀系数的计算公式
1.2 实验器材
1.3 实验步骤
1.4 实验结果分析
1.5 实验结论
实验目的
通过测定固体线膨胀系数的实验，掌握固体在温度变化下的膨胀规律，了解物体在不同温度下的变化情况。

实验原理
线膨胀系数的概念
线膨胀系数是一个物体在单位温度变化下长度变化的比例系数，通常
表示为α。

线膨胀系数的单位为℃^-1。

线膨胀系数的计算公式
线膨胀系数的计算公式为：
$$
α = \frac{ΔL}{L_0ΔT}
$$
其中，α为线膨胀系数，ΔL为长度变化量，L0为初始长度，ΔT为
温度变化量。

实验器材
1. 物体（例如金属杆）
2. 尺子
3. 温度计
4. 烧杯
5. 热水
实验步骤
1. 测量物体的初始长度并记录为L0。

2. 将物体放入热水中，让其温度升高。

3. 使用温度计测量热水的温度变化ΔT。

4. 测量物体在热水中的长度变化量ΔL。

5. 根据公式计算出线膨胀系数α。

实验结果分析
根据实验数据计算出的线膨胀系数可以帮助我们了解物体在不同温度下的膨胀情况，从而观察到物体在温度变化下的变化规律。

实验结论
通过本次实验，我们成功测定了固体线膨胀系数，并对物体在温度变化下的膨胀规律有了更深入的了解。

这对于工程领域的材料选择和设计具有重要意义。

固体线膨胀系数的测量一、实验目的测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。

二、实验原理固体的线膨胀系数和体膨胀系数是固体热学特性的重要参数，通常体膨胀系数是线膨胀系数的3倍左右，本实验主要介绍固体线膨胀系数的测量方法。

线膨胀是指材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。

在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L ，由初温t 1加热至末温t 2，物体伸长了△L ，则线膨胀系数满足：即上式中△L 是个极小的量，我们采用光杠杆测量。

光杠杆法测量△L ：如下图（见教材杨氏模量原理）1.当金属杆伸长△L 时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b 1、b 2，这时有 即则固体线膨胀系数为：三、实验仪器尺读望远镜，米尺，固体线膨胀系数测定仪，铜棒，光杠杆，温度计。

四、实验内容及步骤1、在实验界面单击右键选择“开始实验”()12t t L L -=∆αlLDbb ∆=-212()Dlb bL 212-=∆()12t t L L-∆=α()()kDLl t t DL b b l 221212=--=α2、调节平面镜至竖直状态3、打开望远镜视野，并调节方位、聚焦、目镜使得标尺刻线清晰，且中央叉丝读数为0.0mm4、单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止5、单击卷尺，分别测量l、D6、以t 为横轴，b 为纵轴作b -t 关系曲线，求直线斜率k7、代入公式计算线膨胀系数值 有图得K =0.3724=1.206x10-5 /C五、实验数据记录与处理六、思考题()()k DLl t t DL b b l 221212=--=α1．对于一种材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？不是。

因为同一材料在不同的温度区域，其线性系数是不同的，有实验结果的事实可证明。

2．你还能想出一种测微小长度的方法，从而测出线胀系数吗？目前想不到更好地方法。

固体线膨胀系数测定实验报告一、实验目的掌握固体线膨胀系数测定的基本原理和方法，了解固体热膨胀的规律，探究不同材料的膨胀性能。

二、实验原理α=ΔL/(L0×ΔT)三、实验仪器和材料1.实验仪器：线膨胀测定装置、温度计、恒温槽、电磁铁等。

2.实验材料：不同材质的试样。

四、实验步骤1.将不同材料的试样固定在线膨胀测定装置上。

2.将线膨胀测定装置放入恒温槽中，并将温度调至初始温度。

3.记录下试样的初始长度L0。

4.开始测量后，通过电磁铁控制试样的温度变化。

5.每隔一定时间，测量试样的长度变化ΔL，并记录下温度变化ΔT。

6.重复以上步骤，直到试样温度变化范围内的线膨胀量连续三次测量结果相近为止。

五、实验数据处理和分析1.按照实验步骤记录得到的数据，计算出每组试样的线膨胀系数α。

2.绘制试样温度变化与线膨胀量变化的曲线图。

3.比较不同材料的线膨胀系数大小，分析不同材料的膨胀性能。

六、实验结果和讨论通过实验测定，得到了不同材料的线膨胀系数α，并绘制了温度变化与线膨胀量变化的曲线图。

实验结果表明，在相同温度范围内，不同材料的线膨胀系数有所差异。

这表明了不同材料在受热膨胀时的表现不同。

根据实验得到的结果，我们可以进一步探究不同材料的热膨胀性能。

在实际应用中，我们可以根据不同的需求选择合适的材料进行设计与制造。

例如，在工程领域中，考虑到热膨胀可能引起的变形问题，我们可以选择线膨胀系数较小的材料，从而最大程度地减小因热膨胀引起的结构变形。

七、实验总结通过这次实验，我掌握了固体线膨胀系数测定的基本原理和方法。

实验中，我了解到了不同材料在受热膨胀时的表现不同，这对于材料选择与应用有着重要的意义。

同时，我也深刻认识到实验的重要性和实验操作的细致性要求，只有严格按照实验步骤进行，才能获得准确的实验数据和可靠的实验结果。

在今后的学习和工作中，我将继续深入学习和研究固体线膨胀的相关知识，不断提升自己的实验技能和科研能力，为材料科学与工程领域的发展做出自己的贡献。

实验三 固体线膨胀系数的测量【实验目的】1．了解热膨胀现象。

2．测量固体线膨胀系数。

【实验仪器】EH-3型热学实验仪，铜棒，铁棒，千分表。

【实验原理】大部分物质在一定温度范围内都呈现“热胀热缩”的宏观现象。

就晶体状固体模型而言，这是因为物质中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。

两相邻粒子间的势能是它们之间距离的函数，其关系可用势能曲线描绘如图3-1。

在一定的温度下，粒子在其平衡位置r o 附近做热振动，具有一定的振动能量E 。

由于势能曲线的非对称性，热振动时的平均距离r 大于平衡距离r o 。

若温度升高（T 1、T 2），振动能量增加（E 1、E 2），则两原子之间的平均距离也增大（r 1、r 2），随之固体的体积膨胀。

因此，热膨胀现象是物体的势能曲线的非对称特性的必然结果。

固体的任何线度（长度、宽度、厚度、直径等）随温度的变化，都称为线膨胀。

对于各向同性的固体，沿不同方向的线膨胀系数相同；对于各向异性的固体，沿不同的晶轴方向，其线膨胀系数不同。

实验表明，原长度为L 的固体受热后，其相对伸长量正比温度的变化，即： αt L L ∆=∆ 式中，比例系数a 称为固体的线膨胀系数，对于一种确定的固体材料，它是一个确定的常数。

设温度在0℃时，固体的长度为L 0，当温度升高时，其长度为L t 。

t L L L t α=-00 （3-1） L t = L 0（1+αt ）。

（3-2）若在温度t 1和t 2时，固体的长度分别为L 1，L 2，则根据式（3-2）或写出L 1=L 0（1+αt 1）， （3-3）L 2=L 0（1+αt 2）， （3-4）将式（3-3）代入式（3-4）化简后得图3-1 势能曲线⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=∂11221t L L t L L （3-5） 由于L 1与L 2非常接近，故L 2/ L 1≈1，于是式（3-5）可简写成 ()121t t L L -∆=α （3-6） 只要测出L 1，ΔL 和t 1，t 2就可以求出α值。

固体线胀系数实验报告大学物理实验报告__材料与能源_____学院____能源与动力工程_______专业___1____班学号__xxxx__姓名___黄智向___（合作者__________）实验日期_2021.7.15_____实验室_________室考勤情况操作情况数据处理线上实验固体线胀系数的测定实验报告说明1、认真做好实验内容预习方能进行实验2、携带实验报告册进入实验室，将原始数据记录在实验报告册数据表格中3、请课后规范、完整地完成实验报告，并及时提交实验报告实验目的1．学会一种测定金属线胀系数的方法。

2．掌握和巩固光杠杆法测量长度微小变化量的原理和方法。

3．学会用最小二乘法处理数据。

实验仪器电子虚拟实验室：固体线胀系数测定仪（包括温度计及夹子，待测金属棒），光杠杆，尺读望远镜，钢卷尺，游标卡尺)序号成绩评定教师签名实验原理设金属棒在温度otC0时的长度为oL，当其温度上升到tC0时，它的长度tL 可由下式表示：tL=oottL 1（1）式中，即为该物体的线胀系数。

可将式（1）改写成：oooootttLLttLLL（2）由此可见，线胀系数的物理意义是温度每升高1Co时物体的伸长量L与原长之比。

一般随温度有微小的变化，但在温度变化不太大时，可把它当作常量。

由式（2）可以看出，测量线胀系数的关键是准确测量长度的微小变化量L。

我们先粗略估算一下L的大小。

若mm500Lo，温度变化Ctto100，金属线胀系数的数量级为15C10，则可估算出mm50.0L。

对于这么微小的长度变化量，用普通量具如钢尺和游标卡尺无法进行精确测量，一般采用千分表法（分度值为0.001mm），光杠杆法，光学干涉法等。

本实验采用光杠杆法，整套实验装置由固体线胀系数测定仪，光杠杆和尺读望远镜等几部分组成，如图1所示。

图1测定固体线胀系数的实验装置光杠杆测微小长度改变量的原理：参照图2，假定开始时光杠杆平面镜M的法线ono在水平位置，则标尺S上的标度线no发出的光通过平面镜M反射进入望远镜，在望远镜中形成no的象而被观察到。

大物仿真实验报告——固体热膨胀系数的测量班级：宗濂31学号：2132000013姓名：王蕊一、实验目的测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。

二、实验原理1．材料的热膨胀系数各种材料热胀冷缩的强弱是不同的，为了定量区分它们，人们找到了表征这种热胀冷缩特性的物理量，线胀系数和体胀系数。

线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。

在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t1，物体伸长了,则有上式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。

比例系数称为固体的线胀系数。

体膨胀是材料在受热时体积的增加，即材料在三维方向上的增加。

体膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1K所引起的物体体积的相对变化，用表示。

即一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍，即，利用已知的，我们可测出液体的体胀系数。

2．线胀系数的测量线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标。

实验表明，不同材料的线胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其次是金属。

殷钢、熔凝石英的线胀系数很小，由于这一特性，殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。

表1.2.1-1给出了几种材料的线胀系数。

人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系数是不同的，例如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，会出现线胀系数的突变。

但在温度变化不大的范围内，线胀系数仍然是一个常量。

因此，线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。

在设计任何要经受温度变化的工程结构（如桥梁、铁路等）时，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。

例如，在长的蒸气管道上，可以插入一些可伸缩的接头或插入一段U型管；在桥梁中，可将桥的一端固牢在桥墩上，把另一端放在滚轴上；在铁路上，两根钢轨接头处要留有间隙等。

在式（1）中，是一个微小的变化量，以金属为例，若原长 L=300mm，温度变化，金属的线胀系数，估计。

这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。

Pasco固体线膨胀系数的测量实验报告-实验目的：1.了解物体“热胀冷缩”的程度和特性，绘制材料“伸长量—时间”、“温度变化量—时间”曲线。

2.学习用计算机控制对固体线膨胀系数的实时测量技术。

实验原理:在相同的条件下，不同的材料，其线膨胀的程度各不相同。

实验表明，在一定变化范围内，原长度为L的固体受热后，其相对伸长量△L/L=ａ△t式中a称为固体的线膨胀系数。

在一般情况下，温度变化不大的范围内，对于一种确定的固体材料，可以认为线膨胀系数是一个具有确定值的常数。

在本实验中测量出棒状材料长度变化的增量△L，利用a=△L/(L×△t)。

a的物理意义是：棒状材料在温度变化区域内，温度每升高一度时的相对伸长量，单位是1/℃。

严格的讲，求出的a是温度变化△t区域内的平均线膨胀系数。

实验利用沸腾的水蒸气来加热待测金属杆，并保持末温度不变。

采用温度传感器自动读取待测金属杆的温度变化量△t，转动传感器自动测量棒状物体的伸长量△L，根据公式便可求得待测金属杆的线膨胀系数。

实验仪器：计算机、科学工作站、转动传感器、热敏电阻传感器、水蒸气锅实验内容:1.测量出待测金属杆在室温下的原长记为L。

2.连接好实验装置，固定好金属杆，用水蒸气锅给水加热直至沸腾。

3.打开科学工作室默认窗口界面，选择转动传感器和热敏电阻传感器，设置传感器工作系数，插入图表。

4.待水烧开后分别对三根金属棒进行测量。

5.利用螺旋测微器测量仪器的直径。

实验数据:金属棒的原长均为45.7厘米，仪器的直径为2.605毫米铝棒温度变化：红铜棒温度变化:黄铜棒：温度变化：数据分析与讨论：铝棒，△t=62.4℃，△L=0.73mm故a=26.6×10^（-6）/℃；红铜棒：△t=69℃，△L=0.43mm故a=13.7×10^(-6) /℃；黄铜棒：△t=63.6℃, △L=0.61mm故a=21.1×10^(-6) /℃；比较课本上的固体线膨胀系数表得实验中存在误差，但在误差允许的范围内测量的结果还是接近的。

固体线胀系数的测定实验报告固体线胀系数的测定实验报告引言：固体线胀系数是材料热胀冷缩特性的重要指标之一。

通过测定材料在不同温度下的线胀变化，可以确定材料的线胀系数，为材料的热胀冷缩行为提供重要参考。

本实验旨在通过测定铝棒在不同温度下的线胀变化，计算出铝的线胀系数。

实验步骤：1. 实验器材准备：- 铝棒：长度为30cm，直径为1cm；- 温度计：具有较高精度的数字温度计；- 夹具：用于固定铝棒，确保其在实验过程中不发生位移；- 温度控制装置：用于控制实验室内的温度。

2. 实验操作：- 将铝棒固定在夹具上，并确保其水平放置；- 将温度计的探头与铝棒接触，记录下初始温度；- 打开温度控制装置，将实验室温度调整至25摄氏度；- 每隔10摄氏度，记录下铝棒的长度，并记录相应的温度；- 测定范围为25摄氏度至100摄氏度。

数据处理：根据实验数据，我们可以计算出铝的线胀系数。

线胀系数（α）的计算公式为：α = (ΔL / L0) / ΔT其中，ΔL为铝棒的长度变化量，L0为初始长度，ΔT为温度变化量。

我们可以根据测定的数据，绘制出铝的线胀系数与温度的关系曲线图，并通过拟合曲线，得到更精确的线胀系数。

结果与讨论：根据实验数据，我们得到了铝的线胀系数与温度的关系曲线图。

从图中可以看出，在温度升高的过程中，铝的线胀系数逐渐增大。

这是因为随着温度的升高，固体分子的热运动增加，分子间的距离扩大，导致材料的线胀。

而铝的线胀系数相对较小，说明铝具有较好的热胀冷缩性能。

通过拟合曲线，我们得到了铝的线胀系数为0.0000225/℃。

这一数值与文献值相符合，说明实验结果较为准确。

结论：通过本实验，我们成功测定了铝的线胀系数，并得到了较准确的结果。

线胀系数是材料热胀冷缩特性的重要指标，对于工程设计和材料选用具有重要意义。

本实验为我们提供了一种简单有效的测定固体线胀系数的方法，并且验证了铝的线胀系数与温度的关系。

固体线胀系数实验报告1. 实验目的本实验旨在通过测量固体材料在不同温度下的线胀量，计算得到固体线胀系数，以便研究该材料的热膨胀性质。

2. 实验原理固体的热膨胀是指固体物质在温度变化时的体积或长度的增加。

线胀系数（α）是指在单位温度变化下，固体材料单位长度的变化量。

线胀系数的计算公式如下：α= (ΔL / L0) / ΔT其中，α为线胀系数，ΔL为长度变化量，L0为原始长度，ΔT为温度变化量。

本实验选用了金属样品进行热膨胀实验，根据材料的线胀特性，将样品固定在测量仪器上，通过在控制的温度范围内升温，测量线胀量，进而计算得到线胀系数。

3. 实验器材- 热膨胀测量仪：用于固定和测量样品的长度变化量，同时提供恒定的温度环境。

- 金属样品：选用具有热膨胀性质的固体材料作为实验样品，如铝、铜等。

4. 实验步骤1. 将金属样品固定在热膨胀测量仪上，确保样品稳固不动。

2. 设置热膨胀测量仪的温度范围，并将温度调节到初始温度。

3. 开始记录温度和样品长度数据。

4. 将热膨胀测量仪的温度逐步升高，每隔一定温度间隔记录一次样品长度。

5. 当达到最终温度后，停止温度升高，继续记录样品长度。

6. 根据记录的数据，计算得到线胀系数。

5. 数据处理与结果分析根据实验记录的数据，我们可以绘制出温度和样品长度的曲线图。

根据曲线的斜率即可计算得到线胀系数。

实验结果显示，金属样品在温度升高时，其长度随温度的增加而增加。

通过计算得到的线胀系数可以反映金属材料的热膨胀性质。

6. 实验误差分析实验中可能存在的误差包括温度测量误差和长度测量误差。

温度测量误差可能来自于温度传感器的精度限制，长度测量误差可能来自于仪器的粗糙度。

为了减小误差，我们可以多次重复实验，取平均值来增加测量的准确性。

此外，在实验操作中要尽量避免人为因素对实验结果的影响，严格按照操作规程进行实验。

7. 实验结论通过本实验测量得到金属样品的线胀系数，从而为研究该金属材料的热膨胀性质提供了参考数据。