固体线热膨胀系数的测定

固体线热膨胀系数的测定

教学内容：1、讲述固体线热膨胀系数测定仪的实验原理；
          2、介绍实验的操作要领、数据处理；
3、指导学生进行实验操作、观察实验现象、测量并记录实验数据。
教学学时：3学时
教学目的：⒈ 使学生了解FD-LEA固体线热膨胀系数测定仪的基本结构和工作原理。
⒉ 使学生掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。
⒊ 使学生掌握测量固体线热膨胀系数的基本原理。
4．培养学生耐心、细致进行实验的习惯。
5. 使学生学会用图解图示法处理实验数据。
教学重点、难点：
1、 千分表的读数方法；
2、 图解图示法处理数据的方法；
3、 数据处理中有效数字的选取。
教学方法、方式：讲解、演示、学生操作、教师指导。
教学过程：
一.、引入
物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。在相同条件下，固体的膨胀比气体和液体小得多，直接测定固体的体积膨胀比较困难。但根据固体在温度升高时形状不变可以推知，固体在各方向上膨胀规律相同。因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。测量固体线热膨胀系数的方法和实验仪器有很多种，本实验只是其中的一种。
二、 实验仪器介绍
FD-LEA固体线热膨胀系数测定仪（一套）（电加热箱、千分表、温控仪）

三、实验原理讲解
在一定温度范围内，原长为 的物体受热后伸长量 与其温度的增加量 近似成正比，与原长 也成正比。通常定义固体在温度每升高1℃时，在某一方向上的长度增量 与0℃（由于温度变化不大时长度增量非常小，实验中取室温）时同方向上的长度 之比，叫做固体的线热膨胀系数α，即

实验证明：不同材料的线热膨胀系数是不同的。实验要求学生对配备的实验铁棒、铜棒、铝棒进行测量并计算其线热膨胀系数（每三个同学一组，分别测量一种金属棒）。
四、实验操作要领讲解
（一）、仪器的安装和调试
1、接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的插头。
2、旋松千分表固定架螺栓，转动固定架至使被测样品(Ф8×400mm金属棒)能插入紫铜管内，再插入隔热棒(不锈钢)用力压紧后转动固定架。
3、把安装千分表安装在固定架上，并且扭紧螺栓，不使千分表转动，在安装千分表时注意被测物体与千分表测量头保持在同一直线;再向前移动固定架，使千分表读数值在0.2—0.4mm处，固定架给予固定。然后稍用力压一下千分表滑络端，使它能与隔热棒有良好的接触，再转动千分表圆盘，使指针指向零。
（二）、数据测量
1. 接通温控仪的电源,设定需加热的值，一般可分别设定温度为40.0℃、50.0℃、60.0℃、70.0℃，按确定键开始加热。当温控仪的显示值上升到大于设定值，电脑将自动控制温度到设定值(正常情况下在±0.3℃左右波动三次以上后，可认为金属棒的温度达到了设定值)，分别记录每个温度对应的千分表读数l1、l2 、l3 、l4 .
2.换不同的金属棒样品，重复以上测量步骤并记录数据.
（三）、数据记录及处理
   数据处理是初学者的难点，要从有效数字位数如何取、如何进行测量结果的规范表示等方面做重点讲解。
1．把所有测量数据记入自拟表格。 

参考表

温度(℃) 千分表读数 金属            （mm）	40.0	50.0	60.0	70.0
铁棒
铜棒
铝棒

2.在同一平面直角坐标系中用图解图示法表示出铁棒、铜棒、铝棒受热后伸长量 与其温度的增加量 之间的函数关系(以 为横轴,  为纵轴)。分别计算并比较铁棒、铜棒、铝棒的α值，并将测量值分别与各自的理论值相比较，计算每种金属线热膨胀系数测定的相对不确定度，给出结果表示并进行误差分析。
3.(选做)用逐差法分别计算各种金属的α值，并与理论值比较计算其测量相对不确定度，给出结果表示。
4.分析实验的主要误差原因。
（千分表的测量头、隔热棒、金属棒不在同一直线上；千分表读数误差、由于桌面振动造成的千分表读数偏差等）

五、巡回指导、签字、小结

六、布置作业
完成实验报告（要进行误差分析）