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固体热膨胀系数测量-实验报告汇总

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大学物理实验
班级:食安1601
姓名：刘增喜
学号: 201611030101
2017年2月25 日
实验项目名称：固体热膨胀系数测量
一、实验目的
1.掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。

2.掌握大学物理仿真实验软件的基本操作方法。

3.测量铜棒的线热膨胀系数。

4.学会用图解图示法处理实验数据。

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t 1加热至末温t 2，物体伸长了△ L,则有
心丄=的厶山-h) ⑴
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a i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a v表示。

即
i Ar
一般情况下，固体的体胀系数 a v 为其线胀系数的3倍，即a v=3a i ，利用已知 的
a v 和我们可测出液体的体胀系数 a v 。

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 121-1给出了几种材料的
线胀系数。

几种材料的线热膨张系数
钢
铁
铝
璃 玻
瓷
陶
英 石
凝 熔
/ AI
-
5 -
5 -5 -
6
-6 -7 O 1
O 1
O 1
O 1
O 1
O 1
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，△ L 是一个微小的变化量，以金属为例，若原长 L=300mm 温度
-5
变化t 1-t 2=100C ，金属的线胀系数 a i 约为10 C ,估计△ L=0.30mm 。

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、
v Ar
光杠杆放大法、光学干涉法等。

考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量
光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。

光杠杆放大原理如图121-1所示。

当金属杆伸长时，从望远镜中可读出待测杆伸长前后叉丝所对标尺
的读数b i，b2，这时有
2D
将式（3）代入式（2），则有
放大公式的推导参看第一册实验 5.3.1
三、实验仪器
计算机，＜＜大学物理仿真实验＞＞教学软件
四、实验内容及步骤
1.线胀系数的测定
(1)仪器调节：实验装置图如图121-2所示。

实验时，将待测金属棒直立在线胀系数
测定仪的金属圆筒中，棒的下端要和基座紧密相连，上端露出筒外，装好温度计，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足
尖置于固定台上。

在光杠杆前1m左右放置望远
镜及直尺。

调节望远镜，直到看清楚平面镜中
直尺的像，反复调节，使标尺成像清晰，且叉
丝也清晰，并使像与叉丝之间无视差，
即眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。

(2)读出叉丝横线在直尺上的读数b1，记录初温11，蒸气
进入金属筒后，金属棒迅速伸长，待温度计的读数稳定几
分钟后，读出望远镜叉丝横线所对直尺的数值b2,并记下
t2。

(3)如果线胀仪采用电加热，测量可从室温开始，每间
隔10 C计一次t和b的值，直到t达100 C。

然后逐渐降
温，重复测以上数据。

尺测量其后足尖到两前足尖连线的距离(5) 以t为横坐标,b为纵坐标作出b-t关系
(4) 测量直尺到平面镜间
距离D,将光杠杆在白纸上
轻轻压出三个足尖印痕，
用游标卡
曲线,求直线斜率k,并由此计算(6)用最小二乘法求直线斜率k,并计算a i 的标准误差
五、实验数据记录与处理
固体线膨胀系数测量实验数据
20 30 40 50 60 70 80 90
0.38 0.75 1.11 1.5 1.88 2.25 2.61 3.01
固体线膨胀系数测量实验图
y = 0. 0375x-0. 3761
*望远镜中标尺的距离N (cm)
-變性(望远環中标尺的距 离N (cm))
温度T (C)
望远镜中标尺的距离
cm
温度T 「C) 10 望远镜中标尺的 ° 距离N (cm )。

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固体线膨胀系数的测定实验报告

固体线膨胀系数的测定实验报告

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。

热膨胀系数实验报告

热膨胀系数实验报告

热膨胀系数实验报告篇一：热膨胀系数测定实验报告数据处理由，得α（50-200C）o 其中n1=，L=72mm；解得：α（50-200C）/Coo相变起始温度T0=283C，o相变终止温度T1=295C。

篇二：物理金属线膨胀系数测量实验报告实验（七）项目名称：金属线膨胀系数测量实验一、实验目的1、学习测量金属线膨胀系数的一种方法。

2、学会使用千分表。

二、实验原理材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。

线胀系数是选用材料的一项重要指标。

特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。

固体受热后其长度的增加称为线膨胀。

经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量?L与其温度的增加量?t近似成正比，与原长L 亦成正比，即：?LL??t （1）式中的比例系数?称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。

大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔融石英的线胀系数很小。

殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。

实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。

某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。

另外还发现线膨胀系数与材料纯度有关，某些材料掺杂后，线膨胀系数变化很大。

因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。

但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。

为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。

由（1）式可知，测量出时杆长L、受热后温度从t1升高到t2时的伸长量?L和受热前后的温度升高量?t，则该材料在温度区域的线胀系数为：???L（2）其物理意义是固体材料在温度区域内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为。

测量线胀系数的主要问题是如何测伸长量?L。

我们先粗估算一下?L的大小，若L?250mm,温度变化t2?t1?100C，金属的?数量级为?10?5?1，则估算出?1?LL??t?。

对于这么微小的伸长量，用普通量具如钢尺或游标卡尺是测不准的。

固体线膨胀系数测定实验报告

固体线膨胀系数测定实验报告

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。

固体线膨胀系数的测定及温度的PID调节实验报告及误差分析 大学物理实验实验11

固体线膨胀系数的测定及温度的PID调节实验报告及误差分析 大学物理实验实验11

大学物理实验11
固体线膨胀系数的测定及温度的PID调节
实验中用到的仪器有金属线膨胀实验仪、ZKY-PID温控实验仪、千分表。

在这个实验中我们可以测量金属的线膨胀系数和学习PID调节的原理。

一、实验目的
二、实验原理（图）
三、实验设备、仪器、用具及其规范
四、实验（测定）方法
五、实验记录、数据处理
六、结果分析及问题讨论
实验中的误差主要有：
（1）测量仪器不精密导致的误差；
（2）温度影响，不同材料的温度膨胀系数不同；（3）温度计的热惯性，升温时实际温度高于读数温度；（4）测量人员读数时有误差。