實驗十 金屬線脹系數的測定,實驗目的 實驗儀器 實驗原理 實驗內容,實驗目的,學習用光杠桿法測量金屬棒的線脹系數。,GXZ型金屬系數測定儀,加熱裝置,光杠桿,直標尺,望遠鏡,溫度計,光杠桿 蒸汽發生器 尺度望遠鏡,螺旋測微裝置,光杠桿原理,T:望遠鏡；M:光杠桿(反光鏡)；P:標尺；C:有孔圓柱體；m,c:金屬桿受熱膨脹后的光杠桿和圓柱體 ；a:光杠桿長度；D:光杠桿距標尺距離.,實驗原理,固體的長度通常隨著溫度的升高而增加，其長度和溫度之間的關系為,常溫下,光杠桿法測量微小長度變化法 實驗時將待測金屬棒直立在金屬線脹系數測定儀的金屬筒 中，將光杠桿的后足尖置于金屬棒的上端，二前足置于固定臺 上。 設在溫度 時，通過望遠鏡和光杠桿平面鏡，看見直尺 上的刻度a1剛好在望遠鏡中叉絲橫線(或交點)處，當溫度升高 至 時，直尺上刻度a2移至叉絲橫線上，根據光杠桿原理可得,式中d為光杠桿后足尖到二前足尖連線的垂直距離，D為光杠桿鏡面到直尺的距離。將式(13-5)代入式(13-4)中，則,實驗內容,光杠桿法 1.用米尺測量出金屬棒長度后，將其插入線脹系 數測定儀的金屬筒內，棒的下端要和基座緊密接觸， 上端露出筒外。 2.安裝溫度計。 3.將光杠桿放在儀器的平臺上，后足尖放在金屬 棒的頂端，保持光杠桿的鏡面鉛直。在光杠桿前 處放置望遠鏡及直尺，同樣保持直尺在鉛直方向。調 節望遠鏡看到直尺的像，要仔細調節以消除叉絲與直 尺像之間的視差。 讀出望遠鏡叉絲橫線或交點在直尺上的位置a1。,4.記下初始溫度t1，給蒸汽鍋爐加熱。蒸汽進入金 屬筒后，隨著金屬筒內溫度的升高，金屬棒將迅速伸 長，待溫度計的讀數穩定幾分鐘后，從望遠鏡中讀出 叉絲橫線所對應的刻度值a2，并記下此刻的溫度t2。 5.停止加熱，測出直尺到光杠桿鏡面的距離D，取 下光杠桿及溫度計。 6.將光杠桿在白紙上輕輕壓出三個足尖痕跡，用 游標卡尺測出后足尖到二前足尖連線的垂直距離d。 7.取出金屬棒，用冷水冷卻金屬筒之后安裝另一 根金屬棒重復以上的測量。 8.按式(13-6)求出二金屬的線脹系數，并求出測量 結果標準不確定度。,二、螺旋測微法,1.用米尺測量出金屬棒長度后，將其插入線脹系數測定儀的金屬筒內，金屬棒的一端要和基座的左端固定端緊密接觸，右端露出筒外。 2.安裝溫度計(插溫度計時，要先測量溫度計插口到金屬棒的距離，避免溫度計的液泡碰觸到金屬棒，同時要小心，防止損壞溫度計)。 3. 記下初始溫度。 4. 順時針調整螺旋測微裝置中的螺桿，使螺桿尖剛好接觸待測金屬棒的右端面，讀出此時的數值，然后將螺桿逆時針旋出一定長度。 5. 給蒸汽鍋爐加熱。蒸汽進入金屬筒后，隨著金屬筒內溫度的升高，金屬棒將迅速伸長，待溫度計的讀數穩定幾分鐘后，再次順時針調整螺旋測微裝置中的螺桿，使螺桿尖剛好接觸待測金屬棒的右端面，讀出此時的數值，并記下此刻的溫度。 6. 停止加熱，取出金屬棒，用冷水冷卻金屬筒之后安裝另一根金屬棒重復以上的測量。 8.按式(13-4)求出線脹系數，并求出測量結果標準不確定度。數據記錄在表13-2中。,課后思考,試分析兩根材料相同,粗細、長度不同的金屬棒,在同樣的溫度變化范圍內,它們的線膨脹系數是否相同?膨脹量是否相同,