土木1302刘旭固体热膨胀系数的测量实验报告（范文）

第一篇：土木1302刘旭固体热膨胀系数的测量实验报告（范文）

西安石油大学 物 理 实 验 报 告

班级：土木1302

姓名:刘旭

学号：201306050208

固体热膨胀系数的测量

一、实验目的

测定金属棒的热胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。

二、实验原理

1．材料的热膨胀系数

各种材料热胀冷缩的强弱是不同的，为了定量区分它们，人们找到了表征这种热胀冷缩特性的物理量，线胀系数和体胀系数。

线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为，由初温 加热至末温，物体伸长了 ,则有

上式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。比例系数 称为固体的线胀系数。体膨胀是材料在受热时体积的增加，即材料在三维方向上的增加。体膨胀系数定义为在压力不变的条件下，温度升高1K所引起的物体体积的相对变化，用

表示。即

一般情况下，固体的体胀系数，利用已知的 和

2．为其线胀系数的3倍，即，我们可测出液体的体胀系数。

线胀系数的测量

线膨胀系数是选用材料时的一项重要指标。实验表明，不同材料的线胀系数是不同的，塑料的线胀系数最大，其次是金属。殷钢、熔凝石英的线胀系数很小，由于这一特性，殷钢、石英多被用在精密测量仪器中。表1.2.1-1给出了几种材料的线胀系数。

人们在实验中发现，同一材料在不同的温度区域，其线胀系

数是不同的，例如某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，会出现线胀系数的突变。但在温度变化不大的范围内，线胀系数仍然是一个常量。因此，线胀系数的测量是人们了解材料特性的一种重要手段。在设计任何要经受温度变化的工程结构（如桥梁、铁路等）时，必须采取措施防止热胀冷缩的影响。例如，在长的蒸气管道上，可以插入一些可伸缩的接头或插入一段U型管；在桥梁中，可将桥的一端固牢在桥墩上，把另一端放在滚轴上；在铁路上，两根钢轨接头处要留有间隙等。

在式（1）中，是一个微小的变化量，以金属为例，若原，金属的线胀系数 约为 长 =300mm，温度变化，估计

。这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量

光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。光杠杆放大原理如图1.2.1-1所示。当金属杆伸长时，从望远镜中可读出待测杆伸长前后叉丝所对标尺的读数，这时有

将式（3）代入式（2），则有

放大公式的推导参看第一册实验5.3.1

三、实验仪器

图 1 : 热膨胀系数测定仪

图 2 : 尺读望远镜

图 3 : 固体线胀系数测定仪

图 4 : 光杠杆、温度计

图 5 : 电源开关、调节温度、指示灯

图 6 : 尺读望远镜

图 7 : 标尺、调焦望远镜

图8 : 视度圈、调焦手轮

图 9 : 光杠杆

图 10 : 铜棒、温度计

尺读望远镜，米尺，固体线膨胀系数测定仪，铜棒，光杠杆，温度计。

四、实验内容及步骤

实验内容：

（1）仪器调节：实验装置图如图1.2.1-2所示。实验时，将待测金属棒直立在线胀系数测定仪的金属圆筒中，棒的下端要和基座紧密相连，上端露出筒外，装好温度计，将光杠杆的后足尖置于金属棒的上端，二前足尖置于固定台上。在光杠杆前1m左右放置望远镜及直尺。调节望远镜，直到看清楚平面镜中直尺的像，反复调节，使 11

标尺成像清晰，且叉丝也清晰，并使像与叉丝之间无视差，即眼睛上下移动时，标尺与叉丝没有相对移动。（2）读出叉丝横线在直尺上的读数，记录初温，蒸气进入金属筒后，金属棒迅速伸长，待温度计的读数稳定几分钟后，读出望远镜叉丝横线所对直尺的数值，并记下。

（3）如果线胀仪采用电加热，测量可从室温开始，每间隔

计一次t和b的值，直到t达 重复测以上数据。

（4）测量直尺到平面镜间距离D，将光杠杆在白纸上轻轻压出三个足尖印痕，用游标卡尺测量其后足尖到两前足尖连线的距离。

（5）以t为横坐标,b为纵坐标作出b-t关系曲线,求直线斜率k,并由此计算。

（6）用最小二乘法求直线斜率k,并计算 的标准误差。实验步骤：

1、在实验界面单击右键选择“开始实验”

2、调节平面镜至竖直状态

。然后逐渐降温，12

3、打开望远镜视野，并调节方位、聚焦、目镜使得标尺刻线清晰，且中央叉丝读数为0.0mm

4、单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止

5、单击卷尺，分别测量l、D 13

六、思考题

1． 对于一种材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？

不是。因为同一材料在不同的温度区域，其线性系数是不同的，有实验结果的事实可证明。

2． 你还能想出一种测微小长度的方法，从而测出线胀系数吗？

目前想不到更好地方法。

1.引起测量误差的主要因素是什么？

仪器的精准度，操作过程中的不可避免性的失误，温度变化的控制，铜棒受热不均匀等。

第二篇：金属导热系数测量实验报告

南昌大学物理实验报告 课程名称：

大学物理实验 实验名称：

金属导热系数的测量 学院：

信息工程学院 专业班级：

自动化 153 班 学生姓名：

廖俊智 学号：

6101215073 实验地点：

基础实验大楼 座位号：号 实验时间：

第七周星期四上午九点四十五开始、实验目的: 用稳态法测定金属良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。、实验原理：、傅里叶热传导方程 导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。

温度为 T 2，T i T 2，热量从上端流向下端。若加热一段时间后，内部各个截面处的温度达到恒定，此时 虽然各个截面的温度不等，但相同的时间内流过各截面的热量必然相等（设侧面无热量散失），这时热 传递达到动态平衡，整个导体呈热稳定状态。法国数学家，物理学家傅里叶给出了此状态下的热传递方

如图二所示，将待测样品夹在加热盘与散热盘之间，且设热传导已达到稳态。由（1）式可知，加 测定材料的导热系数在设计和制造加热器、散热器、传 热管道、冰箱、节能房屋等工程技术及很多科学实验中 // 都有非常重要的应用。

图（一）

如图（一）所示。设一粗细均匀的圆柱体横截面积为 S，高为 h。经加热后，上端温度为 T 1，下端 Q 是 t 时间内流过导体截面的热量, S T 1 T 2 h(1)学叫传热速率。比例系数 就是材料的导热系数（热导率），）。在此式中，S、h 和 T 1、T 2 容易测得，关键 是如何测得传热速率Q。、用稳态法间接测量传热速率 T i T 2 热盘的传热速率为Q S

h 2 T 1 T 2 d 2(T 1 T 2)4h 单位是

如图三所示，把两种不同的金属丝彼此熔接，组成一个闭合回路。若两接点保持在不同的温度 下，则会产生温差电动势，回路中有电流。如果将回路断开（不在接点处），虽无电流，但在断开处有 电动势。这种金属导线组合体称为温差电偶或热电偶。在温度范围变化不大时热电偶产生的温差电动势 与两接点间的温度差成正比，（T T。），T o 为冷端温度，T 为热端温度，叫温差电系数。

在本实验中，使用两对相同的铜一康铜热电偶，相同，它们的冷端均放在浸入冰水混合物的细玻 璃管中，T o 也相同。当两个热端分别接触加热盘和散热盘时，可得样品上下表面的温度分别为：

T i 1

T o，T 2 2

T o，所以

（6）式就是本实验所依据的公式。

d 和 h 分别为样品的直径和厚度，C 和 m 分别为散热铜盘的比热 和质量，i 和 2 分别为加热至稳态时通过热电偶测出的两个温差电动势

这样，式（5）可以写为 0.555 4Cmh d 2(1 2)g

t|(6)（由数字电压表读出）

为散热盘在 2 时的冷却速率

三、实验仪器：

导热系数测定仪（TC — 3）、杜瓦瓶 四、实验内谷和步骤：

（1）先将两块树脂圆环套在金属圆筒两端（见下图），并在金属圆筒两端涂上导热硅胶, 然后置于加热盘 A 和散热盘 P 之间，调节散热盘 P 下方的三颗螺丝，使金属圆筒与加热 盘 A 及散热盘 P紧密接触。

（2）

在杜瓦瓶中放入冰水混合物，将热电偶的冷端插入杜瓦瓶中，热端分别插入金属圆 筒侧面上、下的小孔中，并分别将热电偶的的接线连接到导热系数测定仪的传感器 I、II 上。

（3）

接通电源，将加热开关置于高档，当传感器 I 的温度 T i 约为 3.5mV 时，再将加热开 关置于低挡，约 40min。

（4）

待达到稳态时（T i 与 T 2 的数值在 10min 内的变化小于 0.03mV），每隔 2min 记录 T i 和 T 2的值。0 0 Ji“ i J 测 1 表 o Q1 J O G 2 导蟻嚴数丹測 1

孟 g JI-■■

（5）

测量散热盘 P 在稳态值 T2 附近的散热速率，移开加热盘 A ,先将两测温热端取下，再将 T2 的测温热端插入散热盘 P 的侧面小孔，取下金属圆筒，并使加热盘 A 与散热盘 P 直接接触，当散热盘 P 的温度上升到高于稳态 T 2 的值约 0.2mV 左右时，再将加热盘 A 移 开，让散热盘 P 自然冷却，每隔 30s 记录此时的 T 2 值。

（6）记录金属圆筒的直径和厚度、散热盘 P 的直径、厚度、质量。

五、实验数据与处理：

C 铜 =0.09197cal cm 1

s-1

C)1cal=418.68W/mK 散热盘 p ：

m=810g R p =6.385cm h p

=0.71cm 金属铝圆筒：R B =1.95/cm h B

=9.0/cm 表 1 稳态时 T 1 T 2 的数据：

序次 1 2 3 4 5平均 T 1 /mV 1 2.73 2.73 2.73 2.71 2.71 2.722 T 2 /mV 2.52 2.53 2.54 2.53 2.54 2.532 稳态时 T 3 对应的热电势数据 U 3 2.46mV 表 2 散热速率：

=0.0729 mV/s

时间 /s 30 60 90 120 150 180 210 240 T 2 /mV 2.67 P 2.58 P 2.51 「 2.43 2.35 2.28 2.22 : 2.16 mc T(RPh B)h B ? 1 2 t(2 R Ph P)(「 T 2)

R B 810 0.09197 0.0729

--------------(6.385 2

9.°)9.0------------------

--------1 _2

0.316cal cm 1

s 1

C 1

(2 6.385 2 0.71)(2.722-2.532)〔 95 132.30W/mK 铝的热导率的理论值为 2.0 x 10 2

(J • s-1

• m 1

• K 1)六、误差分析：、实验中铝并不是纯铝，存在杂质，而纯度及杂质未知。、树脂圆环与加热盘和散热盘不能紧密接触。、在实验过程中发现，热电偶的两端在插入时深浅对实验有一定的影响，过程中无法保持在同一深度，故测量的数据可能存在偏差。、试验过程中，杜瓦瓶中不是冰水混合物对实验有一定的影响 七、思考题：

1.在测量散热盘 P 的散热速率 T 时，为什么要测在稳态值 T3 附近的T

？ t t 答：在稳态时，散热速率铝棒和铜盘的相等，测得铜盘的即可得出铝棒的散热速率。

八、附上原始数据

第三篇：长度与固体密度测量实验报告

长度与密度丈量实验

一、实验简介 长度是最根本的物理量。在种种百般的长度丈量仪器中，它们的外观虽然差别，但其标度多数是以一定的长度来分别的，对许多物理量的丈量都可以归为对长度的丈量，因此，长度的丈量是实验丈量的底子。在进行长度的丈量中，我们不但要求能够正确使用丈量仪器，还要能够凭据对长度丈量的差别精度要求，公道选择仪器，以及凭据丈量东西和丈量条件采取适当的丈量手段。

密度是表征物体特征的重要物理量，因而密度的丈量对物体性质的研究起着重要的作用。对付规矩的物体，用物理天平测出其质量，用丈量长度的要领测出其体积，即可丈量出物质的密度。

二、实验原理 1.游标卡尺结构及读数原理 游标卡尺主要由两部分组成，如(图 1)所示：在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺（副尺），叫游标，利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来。

游标卡尺在结构上的主要特点是：游标上 N 个分度格的总长度与主尺上（N-1）个分度格的长度相同，若主尺上最小分度为 a，游标上最小分度值为 b，则有 Nb =（N-1)a(1)那么主尺与游标上每个分格的差值（游标的精度值或游标的最小分度值）是：