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實驗十 金屬線脹系數(shù)的測定,實驗?zāi)康?實驗儀器 實驗原理 實驗內(nèi)容,實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)用光杠桿法測量金屬棒的線脹系數(shù)。,GXZ型金屬系數(shù)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(fā)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(guān)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(shù)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(shè)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(jù)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(nèi)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(shù)測定儀的金屬筒內(nèi),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(diào) 節(jié)望遠鏡看到直尺的像,要仔細調(diào)節(jié)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(nèi)溫度的升高,金屬棒將迅速伸 長,待溫度計的讀數(shù)穩(wěn)定幾分鐘后,從望遠鏡中讀出 叉絲橫線所對應(yīng)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(fù)以上的測量。 8.按式(13-6)求出二金屬的線脹系數(shù),并求出測量 結(jié)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(shù)測定儀的金屬筒內(nèi),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(diào)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(shù)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(nèi)溫度的升高,金屬棒將迅速伸長,待溫度計的讀數(shù)穩(wěn)定幾分鐘后,再次順時針調(diào)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(shù)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(fù)以上的測量。 8.按式(13-4)求出線脹系數(shù),并求出測量結(jié)果標準不確定度。數(shù)據(jù)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(nèi),它們的線膨脹系數(shù)是否相同?膨脹量是否相同,

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