實驗22 金屬線膨脹系數的測定

大學物理實驗教案實驗名稱：金屬線膨脹系數的測定1實驗目的1）學習用電熱法測量金屬線脹系數；2）學習利用光杠桿法測量微小長度變化量；3）掌握圖解法處理數據的方法。2實驗儀器控溫式固體線脹系數測定儀（型號GXC-S）光杠桿尺讀望遠鏡游標卡尺3實驗原理3.1當溫度升高時，金屬桿的長度會發(fā)生變化，這種變化可用線脹系數來衡量。當溫度變化不大時可用平均線脹系數α來描述。即式中和分別為物體在溫度和時的長度，一般固體材料的值很小，所以也很小，因此本實驗成功的關鍵之一就是測準的問題，我們采用光杠桿法測量。3.2熱傳導和熱平衡原理：溫度總是從高溫往低溫傳遞，因此只要存在溫差就會有熱傳導在進行，那么就不會處在平衡的狀態(tài)。從觀察方法來看，當溫度不變時就表明系統(tǒng)處于熱平衡的狀態(tài)。只有在平衡狀態(tài)下測出的溫度和刻度才能相對應。動態(tài)平衡：指溫度在某一個小范圍內波動（一般不超過0.5度）。3.3加熱器的結構圖溫度探頭是放在樣品（銅管）的空腔中的，因此溫度探頭不能及時測到樣品的溫度，必須等到樣品、T和空腔中的空氣達到熱平衡狀態(tài)時溫度探頭測出的溫度才是樣品的真實溫度。但是另一個問題是平衡時間非常短所以我們就給它安裝一個溫度補償器，使溫度在某一個小范圍內變化時間可以長一些。線路圖如下：從圖2可知：所以可得：=4教學內容1）用卷尺測量金屬桿的長度2）光杠桿放在儀器平臺上，其后足尖放在金屬桿頂端的金屬套上，光杠桿的鏡面在鉛直方向。在光杠桿前1.5~2.0m處放置望遠鏡及直尺（尺在鉛直方向）。調節(jié)鏡尺組讓望遠鏡與直尺相對鏡面成對稱關系，調節(jié)望遠鏡的目鏡使叉絲清晰，如圖2，再調節(jié)望遠鏡使直尺的象進入望遠鏡中。3）打開電源開關,按下預置開關，進入預置狀態(tài)，輕觸調節(jié)開關，調節(jié)預置溫度，調節(jié)完畢后，按預置開關，退出預置狀態(tài)，進入工作狀態(tài)。4）當溫度達到預置溫度時要注意觀察補償開關是否亮了，若亮了則正常，由于溫度是連續(xù)升溫和降溫，注意溫度會升到某個溫度點后，開始降溫，當溫度降到比預置溫度高10度的位置時打開補償開關并且順時針旋到40V的位置進行補償，當溫度下降較慢時可認為系統(tǒng)供熱和散熱相對穩(wěn)定，記下相對穩(wěn)定的溫度以及此時望遠鏡里直尺上的讀數N0，之后關掉補償開關重新預置，當溫度到達時補償，穩(wěn)定時重新記錄為N1,依此類推，直到測完規(guī)定的組數。預置溫度的上限為100oC。不過在預置溫度較高時補償量應當增加，即逆時針旋一點，另外若溫度無法達到前面所說的補償位置就開始降溫就要在開始降溫時補償，并且補償量也應該稍大一些。5）停止加熱，測出直尺到平面鏡鏡面間距離D，取下光杠桿，用游標卡尺測量后足尖到兩前足尖中點的距離H。5實驗教學組織及教學要求1）檢查學生的預習實驗報告，同時給學生一定時間觀察尺讀望遠鏡的構造。2）講解實驗要點及注意事項，同時以提問的方式檢查學生的預習情況，加深學生對實驗原理和實驗設計的理解。3）隨時注意學生的實驗操作過程，及時指導解決實驗中遇到的問題和困難。4）檢查每個學生的實驗數據，記錄實驗情況。5）能夠利用光杠桿原理測量微小長度變化。6）調節(jié)望遠鏡使直尺的像進入望遠鏡中。6實驗教學的重點及難點1）重點：1）如何調節(jié)望遠鏡使直尺的像進入望遠鏡中。2）在測量過程中，要注意保持光杠桿及望遠鏡位置的穩(wěn)定。3）加熱溫度的預置及最高溫度的確定。2）難點：1）調節(jié)望遠鏡使直尺的像進入望遠鏡中。7實驗中容易出現的問題1）望遠鏡中看不到直尺的像。2）銅棒受熱后沒有長度變化。8實驗參考數據N(cm)5.085.125.385.555.705.845.916.186.28T(°C)59.760.670.576.280.285.790.096.3100H=8.130cm;D=150.00cm;L=49.50cm實驗結果檢查方法△n和△t之間的變化是否合理。10課堂實驗預習檢查問題1）是否有金屬線膨脹系數的主要公式、物理量。2）其本實驗的實驗內容。3）兩根材料相