实验金属线膨胀系数的测定(光杠杆法)-课件.ppt
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- 实验 金属线 膨胀系数 测定 杠杆 课件
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1、实验金属线膨胀系数的测定(光杠杆法)2实验三、金属线膨胀系数的测定(光杠杆法)实验三、金属线膨胀系数的测定(光杠杆法)实验目的实验目的 实验内容实验内容 实验重点实验重点 实验仪器设备及材料实验仪器设备及材料 实验原理实验原理 实验步骤实验步骤 数据处理数据处理 注意事项注意事项 思考与讨论思考与讨论 3一、实验目的一、实验目的 1.1.掌握线张系数的一种测定方法。掌握线张系数的一种测定方法。2.2.进一步掌握光杠杆测定微小长度变化的原理。进一步掌握光杠杆测定微小长度变化的原理。二、实验内容二、实验内容 用光杠杆法测定金属棒的线张系数。用光杠杆法测定金属棒的线张系数。三、实验重点三、实验重点
2、1.1.学习光杠杆测定微小长度变化的原理。学习光杠杆测定微小长度变化的原理。2.2.学习尺度望远镜的调节。学习尺度望远镜的调节。3.3.加热到稳定的温度后,方可利用公式计算金属加热到稳定的温度后,方可利用公式计算金属 棒的线张系数。棒的线张系数。四、实验主要仪器设备及材料:四、实验主要仪器设备及材料:线胀系数测定仪、光杠杆、尺读望远镜、钢卷尺、线胀系数测定仪、光杠杆、尺读望远镜、钢卷尺、游标卡尺、温度计、蒸汽发生器。游标卡尺、温度计、蒸汽发生器。4加热装置反光镜直标尺望远镜温度计5五、实验原理五、实验原理 1.1.金属线胀原理金属线胀原理 固体的长度一般是温度的函数。在常温下,固体的固体的长度
3、一般是温度的函数。在常温下,固体的长度长度L L与温度与温度t t有如下关系:有如下关系:(1)(1)式中式中 为固体在为固体在t=0t=0时的长度;时的长度;称为线膨胀系数,称为线膨胀系数,其数值与材料性质有关,单位为其数值与材料性质有关,单位为 .设物体在设物体在 时时的长度为的长度为L L,温度升到,温度升到 时增加了时增加了 ,根据(,根据(1 1)式)式可写出可写出 :(2 2)(3 3)从(从(2 2)、()、(3 3)式消去)式消去 后,再经简单运算得后,再经简单运算得 =(4 4))1(0tLL0L10C1t2tL)1(10tLL)1(20tLLL0L112)(tLttLL6由
4、于由于 L L,故(,故(4 4)式可近似写成)式可近似写成 =(5 5)显然,固体线膨胀系数的物理意义是当温度变化显然,固体线膨胀系数的物理意义是当温度变化11时,固体限度的相对变化值。在(时,固体限度的相对变化值。在(5 5)式中,)式中,L L、均易测量均易测量,但但 很小,一般仪器不易测量准,本实验中很小,一般仪器不易测量准,本实验中用光杠杆和望远镜标尺组来对其测量。用光杠杆和望远镜标尺组来对其测量。0L)(12ttLL2t1tL7调节望远镜中轴线与光杠杆镜面大致等高图图 1 1调节望远镜中轴线与光杠杆镜面大致等高图图 1 1892.2.金属线膨胀系数测定仪金属线膨胀系数测定仪 图图1
5、 1为金属线膨胀系数测定仪外形图。待测金属棒直为金属线膨胀系数测定仪外形图。待测金属棒直立在仪器的金属圆筒中,光杠杆的后足尖至于金属棒的立在仪器的金属圆筒中,光杠杆的后足尖至于金属棒的上顶端,两前足置于固定平台的凹槽中。当金属棒温度上顶端,两前足置于固定平台的凹槽中。当金属棒温度升高升高 时,则光杠杆后脚尖升高时,则光杠杆后脚尖升高 ,使光杠杆偏转一,使光杠杆偏转一角度角度 ,若光杠杆两前脚尖距离为,若光杠杆两前脚尖距离为 h h,因较小,可有,因较小,可有 tLhLtan10 设在温度设在温度 时,通过望远镜及光杠杆的平面镜,看时,通过望远镜及光杠杆的平面镜,看到标尺上的刻度到标尺上的刻度
6、恰好与目镜中十字叉丝横线重合,当恰好与目镜中十字叉丝横线重合,当温度升到温度升到 时,与叉丝横线重合的是标尺上的刻度时,与叉丝横线重合的是标尺上的刻度 ,令令D D是光杠杆镜面到标尺的水平距离;是光杠杆镜面到标尺的水平距离;h h为光杠杆后足尖为光杠杆后足尖到两前足尖联线的垂直距离。到两前足尖联线的垂直距离。从图从图2 2中可得中可得1t1d2t2dDd2tan11当当 角很小时,有角很小时,有 即即 (6 6)将式(将式(6 6)代入式()代入式(5 5)得)得 (7 7)tan22tanhLDdDdhL2)(2)(1212ttLDhdd12六、实验步骤六、实验步骤1.1.在室温下,用测量待
7、测金属棒的长度在室温下,用测量待测金属棒的长度L L,5 5次,取平均次,取平均 值。值。2.2.将金属棒插入仪器的金属筒中。注意,棒的下端要和将金属棒插入仪器的金属筒中。注意,棒的下端要和 基座紧密接触。基座紧密接触。3.3.插入温度计(居中适宜),小心轻放,以免破损。插入温度计(居中适宜),小心轻放,以免破损。4.4.将光杠杆放置到仪器平台上,其后足尖踏到金属棒的将光杠杆放置到仪器平台上,其后足尖踏到金属棒的 顶端,两前足尖置于固定平台的凹槽中。光杠杆的平顶端,两前足尖置于固定平台的凹槽中。光杠杆的平 面镜面要调到铅直方向。面镜面要调到铅直方向。13 5.5.望远镜和标尺组要置于光杠杆前望
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