第一篇：土木1302劉旭固體熱膨脹系數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告（范文）

西安石油大學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告

班級(jí)：土木1302

姓名:劉旭

學(xué)號(hào)：201306050208

固體熱膨脹系數(shù)的測(cè)量

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

測(cè)定金屬棒的熱脹系數(shù)，并學(xué)習(xí)一種測(cè)量微小長(zhǎng)度的方法。

二、實(shí)驗(yàn)原理

1．材料的熱膨脹系數(shù)

各種材料熱脹冷縮的強(qiáng)弱是不同的，為了定量區(qū)分它們，人們找到了表征這種熱脹冷縮特性的物理量，線脹系數(shù)和體脹系數(shù)。

線膨脹是材料在受熱膨脹時(shí)，在一維方向上的伸長(zhǎng)。在一定的溫度范圍內(nèi)，固體受熱后，其長(zhǎng)度都會(huì)增加，設(shè)物體原長(zhǎng)為，由初溫 加熱至末溫，物體伸長(zhǎng)了 ,則有

上式表明，物體受熱后其伸長(zhǎng)量與溫度的增加量成正比，和原長(zhǎng)也成正比。比例系數(shù) 稱為固體的線脹系數(shù)。體膨脹是材料在受熱時(shí)體積的增加，即材料在三維方向上的增加。體膨脹系數(shù)定義為在壓力不變的條件下，溫度升高1K所引起的物體體積的相對(duì)變化，用

表示。即

一般情況下，固體的體脹系數(shù)，利用已知的 和

2．為其線脹系數(shù)的3倍，即，我們可測(cè)出液體的體脹系數(shù)。

線脹系數(shù)的測(cè)量

線膨脹系數(shù)是選用材料時(shí)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)表明，不同材料的線脹系數(shù)是不同的，塑料的線脹系數(shù)最大，其次是金屬。殷鋼、熔凝石英的線脹系數(shù)很小，由于這一特性，殷鋼、石英多被用在精密測(cè)量?jī)x器中。表1.2.1-1給出了幾種材料的線脹系數(shù)。

人們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，同一材料在不同的溫度區(qū)域，其線脹系

數(shù)是不同的，例如某些合金，在金相組織發(fā)生變化的溫度附近，會(huì)出現(xiàn)線脹系數(shù)的突變。但在溫度變化不大的范圍內(nèi)，線脹系數(shù)仍然是一個(gè)常量。因此，線脹系數(shù)的測(cè)量是人們了解材料特性的一種重要手段。在設(shè)計(jì)任何要經(jīng)受溫度變化的工程結(jié)構(gòu)（如橋梁、鐵路等）時(shí)，必須采取措施防止熱脹冷縮的影響。例如，在長(zhǎng)的蒸氣管道上，可以插入一些可伸縮的接頭或插入一段U型管；在橋梁中，可將橋的一端固牢在橋墩上，把另一端放在滾軸上；在鐵路上，兩根鋼軌接頭處要留有間隙等。

在式（1）中，是一個(gè)微小的變化量，以金屬為例，若原，金屬的線脹系數(shù) 約為 長(zhǎng) =300mm，溫度變化，估計(jì)

。這樣微小的長(zhǎng)度變化，普通米尺、游標(biāo)卡尺的精度是不夠的，可采用千分尺、讀數(shù)顯微鏡、光杠桿放大法、光學(xué)干涉法等?？紤]到測(cè)量方便和測(cè)量精度，我們采用光杠桿法測(cè)量

光杠桿系統(tǒng)是由平面鏡及底座，望遠(yuǎn)鏡和米尺組成的。光杠桿放大原理如圖1.2.1-1所示。當(dāng)金屬桿伸長(zhǎng)時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中可讀出待測(cè)桿伸長(zhǎng)前后叉絲所對(duì)標(biāo)尺的讀數(shù)，這時(shí)有

將式（3）代入式（2），則有

放大公式的推導(dǎo)參看第一冊(cè)實(shí)驗(yàn)5.3.1

三、實(shí)驗(yàn)儀器

圖 1 : 熱膨脹系數(shù)測(cè)定儀

圖 2 : 尺讀望遠(yuǎn)鏡

圖 3 : 固體線脹系數(shù)測(cè)定儀

圖 4 : 光杠桿、溫度計(jì)

圖 5 : 電源開關(guān)、調(diào)節(jié)溫度、指示燈

圖 6 : 尺讀望遠(yuǎn)鏡

圖 7 : 標(biāo)尺、調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡

圖8 : 視度圈、調(diào)焦手輪

圖 9 : 光杠桿

圖 10 : 銅棒、溫度計(jì)

尺讀望遠(yuǎn)鏡，米尺，固體線膨脹系數(shù)測(cè)定儀，銅棒，光杠桿，溫度計(jì)。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

（1）儀器調(diào)節(jié)：實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1.2.1-2所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將待測(cè)金屬棒直立在線脹系數(shù)測(cè)定儀的金屬圓筒中，棒的下端要和基座緊密相連，上端露出筒外，裝好溫度計(jì)，將光杠桿的后足尖置于金屬棒的上端，二前足尖置于固定臺(tái)上。在光杠桿前1m左右放置望遠(yuǎn)鏡及直尺。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，直到看清楚平面鏡中直尺的像，反復(fù)調(diào)節(jié)，使 11

標(biāo)尺成像清晰，且叉絲也清晰，并使像與叉絲之間無(wú)視差，即眼睛上下移動(dòng)時(shí)，標(biāo)尺與叉絲沒(méi)有相對(duì)移動(dòng)。（2）讀出叉絲橫線在直尺上的讀數(shù)，記錄初溫，蒸氣進(jìn)入金屬筒后，金屬棒迅速伸長(zhǎng)，待溫度計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定幾分鐘后，讀出望遠(yuǎn)鏡叉絲橫線所對(duì)直尺的數(shù)值，并記下。

（3）如果線脹儀采用電加熱，測(cè)量可從室溫開始，每間隔

計(jì)一次t和b的值，直到t達(dá) 重復(fù)測(cè)以上數(shù)據(jù)。

（4）測(cè)量直尺到平面鏡間距離D，將光杠桿在白紙上輕輕壓出三個(gè)足尖印痕，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其后足尖到兩前足尖連線的距離。

（5）以t為橫坐標(biāo),b為縱坐標(biāo)作出b-t關(guān)系曲線,求直線斜率k,并由此計(jì)算。

（6）用最小二乘法求直線斜率k,并計(jì)算 的標(biāo)準(zhǔn)誤差。實(shí)驗(yàn)步驟：

1、在實(shí)驗(yàn)界面單擊右鍵選擇“開始實(shí)驗(yàn)”

2、調(diào)節(jié)平面鏡至豎直狀態(tài)

。然后逐漸降溫，12

3、打開望遠(yuǎn)鏡視野，并調(diào)節(jié)方位、聚焦、目鏡使得標(biāo)尺刻線清晰，且中央叉絲讀數(shù)為0.0mm

4、單擊銅棒測(cè)量長(zhǎng)度，單擊溫度計(jì)顯示銅棒溫度，打開電源加熱，記錄每升高10度時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)直至溫度升高到90度止

5、單擊卷尺，分別測(cè)量l、D 13

六、思考題

1． 對(duì)于一種材料來(lái)說(shuō)，線脹系數(shù)是否一定是一個(gè)常數(shù)？為什么？

不是。因?yàn)橥徊牧显诓煌臏囟葏^(qū)域，其線性系數(shù)是不同的，有實(shí)驗(yàn)結(jié)果的事實(shí)可證明。

2． 你還能想出一種測(cè)微小長(zhǎng)度的方法，從而測(cè)出線脹系數(shù)嗎？

目前想不到更好地方法。

1.引起?測(cè)量誤差的主要因素是什么？

儀器的精準(zhǔn)度，操作過(guò)程中的不可避免性的失誤，溫度變化的控制，銅棒受熱不均勻等。

第二篇：金屬導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱：

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱：

金屬導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量 學(xué)院：

信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：

自動(dòng)化 153 班 學(xué)生姓名：

廖俊智 學(xué)號(hào)：

6101215073 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓 座位號(hào)：號(hào) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：

第七周星期四上午九點(diǎn)四十五開始、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 用穩(wěn)態(tài)法測(cè)定金屬良導(dǎo)熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，并與理論值進(jìn)行比較。、實(shí)驗(yàn)原理：、傅里葉熱傳導(dǎo)方程 導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量。

溫度為 T 2，T i T 2，熱量從上端流向下端。若加熱一段時(shí)間后，內(nèi)部各個(gè)截面處的溫度達(dá)到恒定，此時(shí) 雖然各個(gè)截面的溫度不等，但相同的時(shí)間內(nèi)流過(guò)各截面的熱量必然相等（設(shè)側(cè)面無(wú)熱量散失），這時(shí)熱 傳遞達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，整個(gè)導(dǎo)體呈熱穩(wěn)定狀態(tài)。法國(guó)數(shù)學(xué)家，物理學(xué)家傅里葉給出了此狀態(tài)下的熱傳遞方

如圖二所示，將待測(cè)樣品夾在加熱盤與散熱盤之間，且設(shè)熱傳導(dǎo)已達(dá)到穩(wěn)態(tài)。由（1）式可知，加 測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)在設(shè)計(jì)和制造加熱器、散熱器、傳 熱管道、冰箱、節(jié)能房屋等工程技術(shù)及很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)中 // 都有非常重要的應(yīng)用。

圖（一）

如圖（一）所示。設(shè)一粗細(xì)均勻的圓柱體橫截面積為 S，高為 h。經(jīng)加熱后，上端溫度為 T 1，下端 Q 是 t 時(shí)間內(nèi)流過(guò)導(dǎo)體截面的熱量, S T 1 T 2 h(1)學(xué)叫傳熱速率。比例系數(shù) 就是材料的導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率），）。在此式中，S、h 和 T 1、T 2 容易測(cè)得，關(guān)鍵 是如何測(cè)得傳熱速率Q。、用穩(wěn)態(tài)法間接測(cè)量傳熱速率 T i T 2 熱盤的傳熱速率為Q S

h 2 T 1 T 2 d 2(T 1 T 2)4h 單位是

如圖三所示，把兩種不同的金屬絲彼此熔接，組成一個(gè)閉合回路。若兩接點(diǎn)保持在不同的溫度 下，則會(huì)產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，回路中有電流。如果將回路斷開（不在接點(diǎn)處），雖無(wú)電流，但在斷開處有 電動(dòng)勢(shì)。這種金屬導(dǎo)線組合體稱為溫差電偶或熱電偶。在溫度范圍變化不大時(shí)熱電偶產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì) 與兩接點(diǎn)間的溫度差成正比，（T T。），T o 為冷端溫度，T 為熱端溫度，叫溫差電系數(shù)。

在本實(shí)驗(yàn)中，使用兩對(duì)相同的銅一康銅熱電偶，相同，它們的冷端均放在浸入冰水混合物的細(xì)玻 璃管中，T o 也相同。當(dāng)兩個(gè)熱端分別接觸加熱盤和散熱盤時(shí)，可得樣品上下表面的溫度分別為：

T i 1

T o，T 2 2

T o，所以

（6）式就是本實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的公式。

d 和 h 分別為樣品的直徑和厚度，C 和 m 分別為散熱銅盤的比熱 和質(zhì)量，i 和 2 分別為加熱至穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)熱電偶測(cè)出的兩個(gè)溫差電動(dòng)勢(shì)

這樣，式（5）可以寫為 0.555 4Cmh d 2(1 2)g

t|(6)（由數(shù)字電壓表讀出）

為散熱盤在 2 時(shí)的冷卻速率

三、實(shí)驗(yàn)儀器：

導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀（TC — 3）、杜瓦瓶 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)谷和步驟：

（1）先將兩塊樹脂圓環(huán)套在金屬圓筒兩端（見下圖），并在金屬圓筒兩端涂上導(dǎo)熱硅膠, 然后置于加熱盤 A 和散熱盤 P 之間，調(diào)節(jié)散熱盤 P 下方的三顆螺絲，使金屬圓筒與加熱 盤 A 及散熱盤 P緊密接觸。

（2）

在杜瓦瓶中放入冰水混合物，將熱電偶的冷端插入杜瓦瓶中，熱端分別插入金屬圓 筒側(cè)面上、下的小孔中，并分別將熱電偶的的接線連接到導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀的傳感器 I、II 上。

（3）

接通電源，將加熱開關(guān)置于高檔，當(dāng)傳感器 I 的溫度 T i 約為 3.5mV 時(shí)，再將加熱開 關(guān)置于低擋，約 40min。

（4）

待達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)（T i 與 T 2 的數(shù)值在 10min 內(nèi)的變化小于 0.03mV），每隔 2min 記錄 T i 和 T 2的值。0 0 Ji“ i J 測(cè) 1 表 o Q1 J O G 2 導(dǎo)蟻嚴(yán)數(shù)丹測(cè) 1

孟 g JI-■■

（5）

測(cè)量散熱盤 P 在穩(wěn)態(tài)值 T2 附近的散熱速率，移開加熱盤 A ,先將兩測(cè)溫?zé)岫巳∠?，再?T2 的測(cè)溫?zé)岫瞬迦肷岜P P 的側(cè)面小孔，取下金屬圓筒，并使加熱盤 A 與散熱盤 P 直接接觸，當(dāng)散熱盤 P 的溫度上升到高于穩(wěn)態(tài) T 2 的值約 0.2mV 左右時(shí)，再將加熱盤 A 移 開，讓散熱盤 P 自然冷卻，每隔 30s 記錄此時(shí)的 T 2 值。

（6）記錄金屬圓筒的直徑和厚度、散熱盤 P 的直徑、厚度、質(zhì)量。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理：

C 銅 =0.09197cal cm 1

s-1

C)1cal=418.68W/mK 散熱盤 p ：

m=810g R p =6.385cm h p

=0.71cm 金屬鋁圓筒：R B =1.95/cm h B

=9.0/cm 表 1 穩(wěn)態(tài)時(shí) T 1 T 2 的數(shù)據(jù)：

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 穩(wěn)態(tài)時(shí) T 3 對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)數(shù)據(jù) U 3 2.46mV 表 2 散熱速率：

=0.0729 mV/s

時(shí)間 /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 鋁的熱導(dǎo)率的理論值為 2.0 x 10 2

(J ? s-1

? m 1

? K 1)六、誤差分析：、實(shí)驗(yàn)中鋁并不是純鋁，存在雜質(zhì)，而純度及雜質(zhì)未知。、樹脂圓環(huán)與加熱盤和散熱盤不能緊密接觸。、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，熱電偶的兩端在插入時(shí)深淺對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定的影響，過(guò)程中無(wú)法保持在同一深度，故測(cè)量的數(shù)據(jù)可能存在偏差。、試驗(yàn)過(guò)程中，杜瓦瓶中不是冰水混合物對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定的影響 七、思考題：

1.在測(cè)量散熱盤 P 的散熱速率 T 時(shí)，為什么要測(cè)在穩(wěn)態(tài)值 T3 附近的T

？ t t 答：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，散熱速率鋁棒和銅盤的相等，測(cè)得銅盤的即可得出鋁棒的散熱速率。

八、附上原始數(shù)據(jù)

第三篇：長(zhǎng)度與固體密度測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

長(zhǎng)度與密度丈量實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 長(zhǎng)度是最根本的物理量。在種種百般的長(zhǎng)度丈量?jī)x器中，它們的外觀雖然差別，但其標(biāo)度多數(shù)是以一定的長(zhǎng)度來(lái)分別的，對(duì)許多物理量的丈量都可以歸為對(duì)長(zhǎng)度的丈量，因此，長(zhǎng)度的丈量是實(shí)驗(yàn)丈量的底子。在進(jìn)行長(zhǎng)度的丈量中，我們不但要求能夠正確使用丈量?jī)x器，還要能夠憑據(jù)對(duì)長(zhǎng)度丈量的差別精度要求，公道選擇儀器，以及憑據(jù)丈量東西和丈量條件采取適當(dāng)?shù)恼闪渴侄巍?/p>

密度是表征物體特征的重要物理量，因而密度的丈量對(duì)物體性質(zhì)的研究起著重要的作用。對(duì)付規(guī)矩的物體，用物理天平測(cè)出其質(zhì)量，用丈量長(zhǎng)度的要領(lǐng)測(cè)出其體積，即可丈量出物質(zhì)的密度。

二、實(shí)驗(yàn)原理 1.游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)及讀數(shù)原理 游標(biāo)卡尺主要由兩部分組成，如(圖 1)所示：在一毫米為單位的主尺上附加一個(gè)能夠滑動(dòng)的有刻度的小尺（副尺），叫游標(biāo)，利用它可以把主尺估讀的那位數(shù)值較為準(zhǔn)確地讀出來(lái)。

游標(biāo)卡尺在結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是：游標(biāo)上 N 個(gè)分度格的總長(zhǎng)度與主尺上（N-1）個(gè)分度格的長(zhǎng)度相同，若主尺上最小分度為 a，游標(biāo)上最小分度值為 b，則有 Nb =（N-1)a(1)那么主尺與游標(biāo)上每個(gè)分格的差值（游標(biāo)的精度值或游標(biāo)的最小分度值）是：