仿真实验
报告
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——膨胀系数
——固体热膨胀系数的测量
班级:宗濂 31
学号:2132000013
姓名:王 蕊
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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
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
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
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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
2
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。考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量
3
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1.2.1-1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这时有
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
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”
2、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0.0mm 如图:
4
4、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
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每升高10
度时标尺读数直至温度升高到90度止，如图:
温度t 标尺读数
10 0(00
20 0(38
30 0(72
40 1(10
50 1(50
60 1(88
70 2(25
80 2(60
90 3(00
5、单击卷尺，分别测量l、D，如图:
5
D=196.9mm-8.4mm=188.5mm
l=7.2mm-1.0mm=6.2mm
6、以t为横轴，b为纵轴作b-t求直线斜率k，如图:
6
由图可知:斜率k=0.0375
7、代入公式计算线膨胀系数值。
铜棒长度L=57.0mm
所以a=l*k/2*D*L=1.08*10-5
六、思考题
1( 对于一种材料来说，线胀系数是否一定是一个常数,为什么, 答:不是，因为虽然是同种材料但是在不同的温度下的膨胀系数不同。 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, 答:可以利用牛顿环。
3( 引起测量误差的主要因素是什么,
答:固体线膨胀系数测定仪在加热时铜棒受热不均匀。
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