本文格式為Word版，下載可任意編輯——固體線脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告大學(xué)物理試驗(yàn)報(bào)告

__材料與能源_____學(xué)院____能源與動(dòng)力工程_______專業(yè)___1____班

學(xué)號(hào)__3119006001__姓名___黃智向___（合__________）

試驗(yàn)日期_2022.7.15_____

試驗(yàn)室_________室

考勤狀況

操作狀況

數(shù)據(jù)處理

線上試驗(yàn)

固體線脹系數(shù)的測(cè)定

試驗(yàn)報(bào)告說(shuō)明

1、認(rèn)真做好試驗(yàn)內(nèi)容預(yù)習(xí)方能進(jìn)行試驗(yàn)2、攜帶試驗(yàn)報(bào)告冊(cè)進(jìn)入試驗(yàn)室，將原始數(shù)據(jù)記錄在試驗(yàn)報(bào)告冊(cè)數(shù)據(jù)表格中3、請(qǐng)課后規(guī)范、完整地完成試驗(yàn)報(bào)告，并及時(shí)提交試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．學(xué)會(huì)一種測(cè)定金屬線脹系數(shù)的方法。

2．把握和穩(wěn)定光杠桿法測(cè)量長(zhǎng)度微小變化量的原理和方法。

3．學(xué)會(huì)用最小二乘法處理數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)儀器

電子虛擬試驗(yàn)室：固體線脹系數(shù)測(cè)定儀（包括溫度計(jì)及夾子，待測(cè)金屬棒），光杠桿，尺讀望遠(yuǎn)鏡，鋼卷尺，游標(biāo)卡尺)

序號(hào)

成績(jī)?cè)u(píng)定

教師簽名

試驗(yàn)原理

設(shè)金屬棒在溫度otC0時(shí)的長(zhǎng)度為oL，當(dāng)其溫度上升到tC0時(shí)，它的長(zhǎng)度tL可由下式表示：

tL=oottL1

（1）

式中，即為該物體的線脹系數(shù)?？蓪⑹剑?）改寫(xiě)成：

oooootttLLttLLL

（2）

由此可見(jiàn)，線脹系數(shù)的物理意義是溫度每升高1Co時(shí)物體的伸長(zhǎng)量L與原長(zhǎng)之比。一般隨溫度有微小的變化，但在溫度變化不太大時(shí)，可把它當(dāng)作常量。

由式（2）可以看出，測(cè)量線脹系數(shù)的關(guān)鍵是確切測(cè)量長(zhǎng)度的微小變化量L。我們先粗略估算一下L的大小。若mm500Lo

，溫度變化Ctto100，金屬線脹系數(shù)的數(shù)量級(jí)為15C10

，則可估算出mm50.0L。對(duì)于這么微小的長(zhǎng)度變化量，用普通量具如鋼尺和游標(biāo)卡尺無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，一般采用千分表法（分度值為0.001mm），光杠桿法，光學(xué)干擾法等。

本試驗(yàn)采用光杠桿法，整套試驗(yàn)裝置由固體線脹系數(shù)測(cè)定儀，光杠桿和尺讀望遠(yuǎn)鏡等幾部分組成，如圖1所示。

圖1測(cè)定固體線脹系數(shù)的試驗(yàn)裝置光杠桿測(cè)微小長(zhǎng)度改變量的原理：

參照?qǐng)D2，假定開(kāi)始時(shí)光杠桿平面鏡M的法線ono在水平位置，則標(biāo)尺S上的標(biāo)度線no發(fā)出的光通過(guò)平面鏡M反射進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡，在望遠(yuǎn)鏡中形成no的象而被觀測(cè)到。當(dāng)被測(cè)金屬桿因加熱伸長(zhǎng)后，光杠桿的后尖腳b因金屬桿上表面的升高而升高L,帶動(dòng)M轉(zhuǎn)過(guò)一角而至M，法線ono也轉(zhuǎn)過(guò)同一角度至oa

。根據(jù)光的反射定律，從no發(fā)出的光將反射至n

，且nooa

=noa

=。由光線的可逆性，從n

發(fā)出的光經(jīng)平面鏡反射后進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡而被觀測(cè)到。

從圖2可以看到：

圖2光杠桿法測(cè)長(zhǎng)度微小變化量原理圖bLtg

，

Dntg2，

（ono=D）

（n=∣n-n0∣）。

由于很小，所以有：bL

，Dn2

。消去，得nDbL2

。

當(dāng)望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺讀數(shù)由0n變?yōu)閚時(shí)，被測(cè)金屬桿長(zhǎng)度的微小變化量為：

DnnbL20

（3）

其中，b為光杠桿常數(shù)，即光杠桿后足至兩前足連線的垂直距離；D為光杠桿鏡面到標(biāo)尺間的距離；0n為溫度0t時(shí)望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺讀數(shù)；n為溫度t時(shí)望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺讀數(shù)（所謂標(biāo)尺讀數(shù)是指望遠(yuǎn)鏡水平叉絲在標(biāo)尺像中的位置讀數(shù)）。將式（3）代入式（2），得：

0002ttDLnnb

（4）

本試驗(yàn)就是根據(jù)公式（4），通過(guò)長(zhǎng)度和溫度的測(cè)量，從而測(cè)定出金屬棒的線脹系數(shù)。

試驗(yàn)操作

1．將被測(cè)金屬棒取出，用鋼卷尺測(cè)量金屬棒在室溫下的長(zhǎng)度L0；將被測(cè)金屬棒逐漸放入加熱管中，直到被測(cè)棒的底端接觸畢竟面；調(diào)理溫度計(jì)的鎖緊螺釘，使溫度計(jì)下端長(zhǎng)度約為150~200mm，然后提防放入被測(cè)金屬棒的孔內(nèi)。

2．儀器調(diào)整1．把光杠桿放在線脹系數(shù)測(cè)定儀平臺(tái)上，要求：后足置于金屬棒上表面，兩前足置于凹溝內(nèi)；鏡面與平臺(tái)大致垂直。

2．調(diào)理尺讀望遠(yuǎn)鏡，步驟如下：

①鏡尺調(diào)整。在距光杠桿平面鏡前約100cm(不少于100cm)處，放置尺讀望遠(yuǎn)鏡，物鏡對(duì)準(zhǔn)平面鏡；調(diào)理望遠(yuǎn)鏡鏡筒成水平狀態(tài)，且與光杠桿平面鏡在同一高度。

②調(diào)理目鏡，看清叉絲。

③從望遠(yuǎn)鏡上方沿兩個(gè)準(zhǔn)星連線方向觀測(cè)平面鏡，并左右移動(dòng)尺讀望遠(yuǎn)鏡，最終要能從平面鏡中觀測(cè)到標(biāo)尺的像（假如無(wú)論怎樣移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，都不能看到平面鏡中有標(biāo)尺的像，一般是由于光杠桿鏡面過(guò)于朝上或朝下傾斜，則應(yīng)反向調(diào)理鏡面，再重復(fù)前述步驟）。

④緩緩地改變望遠(yuǎn)鏡的位置或平面鏡的法線方向，使眼睛觀測(cè)到像的視線方位漸漸與望遠(yuǎn)鏡光軸一致；這時(shí)再?gòu)耐h(yuǎn)鏡內(nèi)觀測(cè)，同時(shí)調(diào)理調(diào)焦手輪（即改變物鏡和目鏡間的距離，俗稱調(diào)焦），使標(biāo)尺成像清楚，而且像與叉絲間無(wú)視差。

實(shí)

驗(yàn)

數(shù)

據(jù)

b=____10.72____cm,

L0=__50.00_____cm,

D=_____120___cm.次數(shù)工程(室溫)1234567求和t(Co)30

40

50

60

70

80

90

100

n(cm)5.32

5.50

5.67

5.86

6.06

6.23

6.42

6.62

0ttxi（Co）

102030405060702800nnyi（cm）

0.180.350.540.74.0911.11.35.12iiyx

18716.229.645.56691257.12ix

1004009001600250036004900140002iy

0.03240.12250.29160.54760.82811.211.6