金属线膨胀系数的测定PPT
实验目的掌握用光杠杆法测量微小长度变化的方法学习用坐标纸绘制和处理实验曲线的方法测定金属的线膨胀系数实验原理物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化大小以膨胀...
实验目的掌握用光杠杆法测量微小长度变化的方法学习用坐标纸绘制和处理实验曲线的方法测定金属的线膨胀系数实验原理物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化大小以膨胀系数表示。在温度变化不大时，对于大多数固体，可近似地认为其膨胀是线性的，即长度L随温度T线性变化，其数学表达式为：ΔL = αL₀ΔT式中：α为线膨胀系数单位为1/℃L₀为物体在0℃时的长度单位为mΔL为温度变化ΔT时物体长度的改变量单位为mΔT为温度变化单位为℃由于α值很小，直接测量ΔL的困难很大，因此，本实验采用光杠杆法将微小长度变化ΔL进行放大，再通过望远镜和标尺系统测量其放大后位移的变化量。实验仪器实验仪器包括：光杠杆、望远镜、电炉、待测金属丝、米尺、温度计、砝码等。实验步骤仪器调整（1）将光杠杆放在平台上调整光杠杆平面镜的位置，使平面镜的法线与光杠杆杆面垂直，并使镜面处于水平位置。（2）将望远镜放在光杠杆一侧，调节望远镜的高低和俯仰，使望远镜内分划板上的水平准线对准平面镜反射回的亮十字线。（3）在望远镜目镜前加辅助棱镜，使亮十字线变为水平和垂直交叉的细线，进一步调整望远镜，使亮十字线交点与分划板中心刻线重合。（4）将米尺放在光杠杆下面，调整光杠杆，使平面镜的法线通过米尺的零点测定金属丝的原始长度（1）将金属丝的一端固定在光杠杆的铜杆上另一端用砝码悬挂。（2）调整砝码，使金属丝拉直但不受拉力，记下此时望远镜中亮十字线交点在米尺上的读数L₀加热升温（1）在金属丝下垫上石棉网将电炉放在石棉网下，打开电炉开关，对金属丝加热。（2）每升高一定温度（如5℃），待温度稳定后，记录一次望远镜中亮十字线交点在米尺上的读数L，同时记录相应的温度T数据记录与处理将实验数据记录在表格中并绘制L-T图线。根据图线斜率求出金属丝的线膨胀系数α实验数据处理与分析数据记录表格 温度T(℃) 长度L(mm) 温度变化ΔT(℃) 长度变化ΔL(mm) 20 L₀ - - 25 L₁ 5 ΔL₁ = L₁ - L₀ 30 L₂ 10 ΔL₂ = L₂ - L₀ 35 L₃ 15 ΔL₃ = L₃ - L₀ 40 L₄ 20 ΔL₄ = L₄ - L₀ 数据处理与分析根据实验数据计算每个温度点下的长度变化ΔL绘制L-T图线以温度为横坐标，长度为纵坐标根据图线的斜率计算金属丝的线膨胀系数α计算线膨胀系数线膨胀系数α的计算公式为：α = (ΔL / L₀) / ΔT其中，ΔL为长度变化量，L₀为原始长度，ΔT为温度变化量。将实验数据代入公式，计算得到金属丝的线膨胀系数α。实验结论通过本实验，我们测定了金属丝在不同温度下的长度变化，并绘制了L-T图线。根据图线斜率，计算得到了金属丝的线膨胀系数α。实验结果表明，金属丝的长度随温度升高而增加，符合线性膨胀规律。通过本实验，我们掌握了用光杠杆法测量微小长度变化的方法，并学习了用坐标纸绘制和处理实验曲线的方法。此外，我们还了解了金属的线膨胀系数这一物理量，并通过实验数据得到了具体的数值。实验误差分析1. 系统误差光杠杆调整误差如果光杠杆没有严格调整至垂直，将导致位移的放大倍数不准确望远镜调整误差望远镜未精确对准平面镜的中心，将导致读数误差温度测量误差由于温度计本身的精度限制，温度读数可能存在误差2. 随机误差读数误差人为读数时可能存在的微小偏差材料不均匀性金属丝的材料可能存在不均匀性，导致不同部分的膨胀系数略有差异实验建议与改进提高仪器精度使用更高精度的仪器，如更精确的温度计和更敏感的位移测量设备，可以减少误差优化实验方法可以尝试使用更先进的实验方法，如使用激光干涉仪等高精度设备来测量位移多次重复实验通过多次重复实验，取平均值，可以减小随机误差的影响实验前进行仪器校准确保所有仪器在使用前都经过校准，以减少系统误差实验意义与应用理解物理规律通过本实验，学生可以更深入地理解物体热膨胀的物理规律培养实验技能实验培养了学生的动手能力、观察能力和数据处理能力工程应用了解材料的线膨胀系数对于工程师在设计和制造过程中考虑材料的热膨胀效应具有重要意义科学研究精确的线膨胀系数测量对于材料科学研究、热力学研究等领域也具有重要意义实验总结通过本次实验，我们成功地测定了金属丝的线膨胀系数，并深入理解了物体热膨胀的物理规律。实验过程中，我们掌握了光杠杆法的应用，学会了用坐标纸绘制和处理实验曲线的方法。同时，我们也认识到了实验误差的存在，并学会了如何分析和减小误差。本实验不仅增强了我们的实验技能，也为我们今后在科学研究和工程应用中处理类似问题提供了宝贵的经验。
