1、實驗二十七金屬線脹系數的測量實驗二十七金屬線脹系數的測量絕大多數物質具有熱脹冷縮的特性，在一維情況下，固體受熱后長度的增加稱為線膨脹。在相同條件下，不同材料的固體，其線膨脹的程度各不相同，我們引入線膨脹系數來表征物質的膨脹特性。線膨脹系數是物質的基本物理參數之一，在道路、橋梁、建筑等工程設計，精密儀器儀表設計，材料的焊接、加工等各種領域，都必須對物質的膨脹特性予以充分的考慮。利用本實驗提供的固體線膨脹系數測量儀和溫控儀，能對固體的線膨脹系數予以準確測量?！緦嶒災康?】1測定固體樣品的線脹系數，了解線脹系數的概念并進行實際測量；2了解溫度傳感器的特性，對溫度傳感器溫度、輸出特性進行具體的測量；3

2、了解掌握測微小位移的一種方法數字千分表測量法。【實驗儀器】金屬線膨脹實驗儀、ZKY-PID 溫控實驗儀、千分表【實驗原理】為了定量的描述固體材料的熱脹冷縮特性，在物理學中引進了線脹系數的概念。線脹系數定義為固體溫度上升1時， 其線度伸長量與0是的線度 L0 之比，設固體溫度升高到 t 時的長度為L ，則線脹系數為：L L0（ 27-1 ）L0t根據上式測定線脹系數時，L0的測定不易實現， 下面我們推求初溫不為0時，線脹系數的表示式。若固體溫度由 t1 升到 t2 ，其長度分別為L1 、 L2 ，則由上式可得：L1 L01t1 ， L2L0 1t 2（ 27-2 ）上式兩邊分別相除得：L11t1

3、（ 27-3 ）L 21t 2整理后得：L2L1L（ 27-4 ）L1t2L2t1L1 t2 t144實驗二十七金屬線脹系數的測量式中，LL2L1 為微小伸長量，測出了溫度t1 和 t2 ，長度 L1 和 L2 ，即可由上式求得線脹系數數值。【實驗步驟與要求】1檢查儀器后面的水位管，將水箱水加到適當值平常加水從儀器頂部的注水孔注入。若水箱排空后第 1 次加水，應該用軟管從出水孔將水經水泵加入水箱，以便排出水泵內的空氣，避免水泵空轉（無循環水流出）或發出嗡鳴聲。2設定 PID 參數若對 PID 調節原理及方法感興趣，可在不同的升溫區段有意改變PID 參數組合，觀察參數改變對調節過程的影響。若只是

4、把溫控儀作為實驗工具使用，則可按以下的經驗方法設定PID 參數：K P1 230 TD1 993T ，T1T 為設定溫度與室溫之差。參數設置好后，用啟控/ 停控鍵開始或停止溫度調節。3測量線膨脹系數實驗開始前檢查金屬棒是否固定良好，千分表安裝位置是否合適。一旦開始升溫及讀數，避免再觸動實驗儀。為保證實驗安全，溫控儀最高設置溫度為60 度。若決定測量 n 個溫度點，則每次升溫范圍為t60 室溫n 。為減小系統誤差，溫度的設定值每次提高t ，溫度在新的設定值達到平衡后，記錄溫度及千分表讀數于表中。n （次） 12345678910t L mm4用 ti 與 Li 數據作 Lt 圖線，求其直線斜率K

5、 值。5計算線脹系數的不確定度。根據公式L L1t ，則有L1K ，故K L1 ( 式中 L150cm ) 。45實驗二十七金屬線脹系數的測量【預習思考題】1本實驗所用儀器和用具有哪些？如何將儀器安裝好？操作時應注意哪些問題？2分析本實驗中各物理量的測量結果，哪一個對實驗誤差影響較大？【課后習題】1開始測量時，千分表若沒有和金屬杠相接觸，對測量結果有什么影響。2根據實驗室條件你還能設計一種測量L 的方案嗎？【附錄】一、金屬線膨脹實驗儀儀器外型如圖 27-1 所示。金屬棒的一端用螺釘連接在固定端， 滑動端裝有軸承，金屬棒可在此方向自由伸長。通過流過金屬棒的水加熱金屬，金屬的膨脹量用千分表測量。支

6、架都用隔熱材料制作，金屬棒外面包有絕熱材料，以阻止熱量向基座傳遞，保證測量準確。進水孔空心金屬棒出水孔千分表固定端支架基座滑動端支架千分表支架圖 7-1 金屬線膨脹實驗儀圖 27-3 金屬線漲系數測量儀二、開放式PID 溫控實驗儀溫控實驗儀包含水箱，水泵，加熱器，控制及顯示電路等部分。世紀中科加熱實驗啟控 停控/返回ZKY - PID確認電源開開放式 PID 溫控實驗儀關圖 27-2 溫控實驗儀面板46實驗二十七金屬線脹系數的測量本溫控試驗儀內置微處理器，帶有液晶顯示屏，具有操作菜單化，能根據實驗對象選擇PID 參數以達到最佳控制，能顯示溫控過程的溫度變化曲線和功率變化曲線及溫度和功率的實時值

7、，能存儲溫度及功率變化曲線，控制精度高等特點，儀器面板如圖 27-2 所示。開機后，水泵開始運轉，顯示屏顯示操作菜單，可選擇工作方式，輸入序號及室溫，設定溫度及 PID 參數。使用鍵選擇項目 ,鍵設置參數，按確認鍵進入下一屏，按返回鍵返回上一屏。進入測量界面后，屏幕上方的數據欄從左至右依次顯示序號，設定溫度，初始溫度，當前溫度，當前功率，調節時間等參數。圖形區以橫坐標代表時間，縱坐標代表溫度（功率） ，并可用鍵改變溫度坐標值。儀器每隔15秒采集1 次溫度及加熱功率值，并將采得的數據標示在圖上。溫度達到設定值并保持兩分鐘溫度波動小于 0.1 度，儀器自動判定達到平衡，并在圖形區右邊顯示過渡時間t s ，動態偏差 ，靜態偏差 e。一次實驗完成退出時，儀器自動將屏幕按設定的序號存儲（共可存儲 10 幅），以供必要時分析，比較