1、 实验仪器清单
控温式固体线胀系数测定仪（型号 GXC-S）、光杠杆、尺读望远镜、游标卡尺。 2、 实验内容和教学要求
1）掌握电热法测定金属线胀系数：
本实验要测出铜管在受热时产生的长度变化，根据热传导和热平衡原理，在 温度升到最高就要下降时测出相应的标尺读 N并记录下此时的温度t,每10C左 右测一次，直到温度达到100C至少有6组数据。
2）学习用光杠杆放大测量微小长度变化量的方法：
本实验用光杠杆和镜尺组测量 N，那么AN与AL的关系如下图所示:
从图1中我们可以看到，当温度变化 At时 长度的变化为 AL，此时刻度尺的读数就变 化了 AN，而要读出AN是一件轻而易举的 事。我们知道：
L =Htgr : Hr ； ：N =Dtg2r : 2Dr ；
不难得出：丄L二丄^，
2D
所以我们可以得到：:二亠'
2LDAt
3）学习用最小二乘法处理数据。
本实验不直接计算 At和小，而是将实验中测到的Ni和ti直接代入最小二乘 法公式
中计算b,和它的不确定度，参看课本 27页公式（9）、（10）与（12）， 令x =t,y二N，之后再求出线胀系数
a和它的不确定度。注意此时
hb 2LD
3、 重点与难点
掌握用光杠杆放大测量微小长度变化量的方法， 必需做到能把原理和实际的 仪器状态相对应。学会如何把线胀系数仪、光杠杆和尺读望远镜三者之间的相对 位置调整好。
4、 难点指导
1） 装置的调节
关键在于弄清调节仪器的目的而不是盲目地调节。 首先要摆正金属线胀系数 仪，然后光杠杆的后足和前足的放置要能达到可以真实地反映样品长度的变化， 光杠杆的镜面要竖直。之后就是尺读望远镜的调节了。尺读望远镜的调节要达到 几个目标：
（a） 距离光杠杆约1.5m；
（b） 尺读望远镜要水平并与光杠杆的镜面等高；
（c） 望远镜和它旁边的刻度尺必须要相对于光杠杆镜面的法线成互为对称 的关系；
（d） 望远镜里面必须能看到光杠杆的整个镜面。
如果以上目标都达到了，那么再只要调节一个物镜焦距就能看到刻度尺的像 了。当刻度尺的像调节出来时难题便迎刃而解了。
2） 实验中应当注意的问题：
（a）光杠杆及镜尺系统一经调好，中途不得再任意变动，否则所测数据无 （b）加热要小心，不能加热过久否则温度将一次就升得很高，以至于无法 按要求完成实验。
（c）测量时不要双手压要桌上，或者做一些影响测量的事。仪器出现异常 必须及时找老师处理，主要是温度显示不正常，标尺的读数没有变化。 5、相关的实验数据
1）本实验借助望远镜的叉丝来测量 D
|Bi — B?
如右图 2 所示：D=100〔 £ = 50 ( B^ B2 )，而
12Bi, B2的Am=0.05cm。注意：Bi, B?不在同一侧时读数为
一正一负。
2）记下每次加热之后，仪器达到的最高温度 T，并 记下此时相应的刻度值 N （至少6组以上），它们的 不确定度用最小二乘法计算，即
U^S
b
；
3） 用游标卡尺测H，其An=0.002cm； L = 49.50cm不必测量，但其不确定度要 计算，Am=0.05cm。 4） 数据记录表格参看表1 o 6、 补充的思考题
当调节望远镜与刻度尺互为对称关系时，应该看到什么样的现象才可确定对 称关系已经调节好了？ 7、 实验报告书写纲要 要注意报告的格式：
1实验目的 2实验原理
2.1实验仪器
2.2实验原理与方法（重点）
注意：包括原理描述、公式推导、原理图等 2.3简要的实验步骤（简要） 2.4实验注意事项（简要） 3数据处理
（一）实验数据记录表格
表1刻度随温度变化的情况
B1 （cm） B2（cm） t（C） N（cm） h（cm） L （cm）
49.50
（二）数据处理 令 x =t y =N 1） 求相关系数r
r :
xy _xy x2 -x2 y2 -y2
r>ro =
由此可知x和y具有线性关系 2） 求b及Sb
b
_ xy _ xy =
_ ~ _2
x -x
一
S；
y 二
Sb = U
b -
3） 求h、L、D的不确定度及 D的值
_ _ 0.002 _ Uh
〔3 = 3
=
D=50 （ B1 - B2 ）=
50
50 2 m
D
= Pi
+ u：
B
2
U
,3
4）求a及其不确定度
hb
2LD
2LD
+
UD u =E：
（注意：计算S和平均值时不需写过程，但计算 a和Ea时应把过程写出来）验结果
金属线胀系数的测量结果： Ct = Ct 土 | |
= / __ _ _ z x Ua
（P=68.3%）
说明：不必作N-t关系曲线 5讨论
注意：把实验结果结合实验方法和实验中出现的问题结合起来讨论。
实 4
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