大学物理实验实验操作,实验原理等

长度测量

本授课单元教学目标：

1．了解游标卡尺、螺旋测微器的构造，掌握它们的原理，正确读数和使用方法。 2．学会直接测量、间接测量的误差计算与数据处理。 本授课单元教学重点和难点：

1．掌握游标卡尺、螺旋测微器的构造原理，读数原理以及零点修正 本授课单元教学过程设计：

1．引入本实验 2．实验原理 （1）游标卡尺

①结构：游标卡尺主要由主尺和游标两部分构成。游标尺主要由两部分构成（如图1-2），与卡口A 、A '相联的主尺D ，主尺按米尺刻度；与卡口B 、B '，及尾尺C 相联的游标尺E ，

游标紧贴着主尺可滑动，尾尺C 用来测量槽的深度。它们测量的数值都是由游标的0线与主尺0线之间的距离表示出来F 为固定螺丝。

②准确度：

设游标卡尺上的每一刻度长为x ，主尺上每刻度长为y ，游标上有个分格m ，游标的总长与主尺上分格的总长相等，即：

y m mx )1(-=

主尺与游标上每个分格的差值为m y x y x =-=?，x ?称为该游标尺的准确度。

③读数：

对于一般的情形，若游标0线在主尺上的位置读出mm 的整数位为K ，而付尺上的第n 根刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，则待测物体的长度：

)()(mm x n mm K L ??+=

④0点修正：

我们在用游标尺测量之前必须检查两个0线是否对齐，若由于某种原因两个0线没有对齐，而又要用该游标尺测量时，那就必须对测量结果进行修正。这有两种情况：

A 当卡口密合时，游标上的0线在主尺上的0线的右方，如图1－4(a)， 且游标的第n 根刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，这种情况下说明了在游标尺未测量物体之前尺上已经出现了mm m

n

+的读数了，这个读数就是0点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去0点修正值，

即测定植=读数-修正值[mm m

n

+

] 游标卡尺结构示意图

B 当卡口密合时，游标上0线在主尺0线左方，如图1－4(b)，且且游标的第n 根刻度线与主尺

上的某一刻度线对齐，这种情况下说明了在游标尺未测量物体之前尺上已经出现了mm m

n

)1(--的读

数了，这个读数就是0点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去0点修正值，

即测定植=读数-修正值[mm m

n

)1(--]

（2）螺旋测微器

①构造：由精密的微动螺旋杆和一螺旋套组成。

②准确度：

螺旋杆可以在螺旋套内旋转，其螺距为mm 5.0，螺旋杆是和螺旋柄相连的，在柄上附有沿圆周的刻度，共有50个分格，当螺旋杆沿轴线方向前进)01.0(505.0mm mm 即，螺旋杆圆周刻度转过1个分

格，即螺旋测微器的准确度x ?为mm 01.0 ③读数：

测量之前，应先把卡口闭合，检查是否有修正。若不需，就可以开始测量了。测量时，将物体放在卡口之间。当螺旋杆离待测物理较远时可用微分筒；当螺旋杆快接近待测物体时，要用后面的小棘轮，直到听到“咔、咔”的声音。然后观察微分筒边缘在固定标尺上的位置，mm 5.0整数部分由固定标尺上的刻度直接读出，小于mm 5.0的部分，则由固定标尺横线在微分筒上所在的位置上读出。则待测物体的长度：

)()(mm x z mm K L ??+= 其中K 为螺旋柄边缘在固定标尺所处位置的mm 5.0整数部分，z 为固定标尺横线在螺旋柄上所对应的位置，x ?为螺旋测微器的准确度。

图 正修正值

图负修正值

图 螺旋测微计构造图

1尺架2固定测砧3待测物体4测微螺旋杆5螺母套管

6固定标尺7微分筒8棘轮9制动装置

mm 183.4 mm 680.4 mm 982.1

④0点修正：

同理，在测量之前，一定要检查是否有0点修正值。在测砧与测杆之间未放物体（小球）时，轻轻转动棘轮，待听到发出“咔、咔”的声音时即停止转动。然后观察微分筒“0”线与固定标尺的横线是否对齐。若未对齐，则此时的读数为零读数。零读数有正、负，测量结果需予以修正。同样有2种情况，如图1-7所示。

图 修正值mm d a 021.0)

(= mm d b 028.0)(-=

A 当卡口密合时，螺旋杆的边缘尚未到达固定标尺的0线而且固定标尺横线在螺旋柄上所对应的位置为z ，这种情况下说明了在未测量物体之前尺上已经出现了[mm z 01.0?]的读数了，这个读数就是0点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去0点修正值，

即测定植=读数-修正值[mm z 01.0?]

B 当卡口密合时，螺旋杆的边缘已超过固定标尺的0线而且固定标尺横线在螺旋柄上所对应的位置为z ，这种情况下说明了在未测量物体之前尺上已经出现了[mm z 01.0)50(?--]的读数了，这个读数就是0点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去0点修正值，

即测定植=读数-修正[mm z 01.0)50(?--]

（3）固体密度的测定 ①直接称衡法

对于形状规则的物体，用游标卡尺或千分尺测量其线度，然后根据其体积公式计算它的体积；对于形状不规则、密度分布均匀的物体用量杯测它的体积，量杯读数时，应注意以液体中心面为读数基准，不能以液体与量杯接触交线为基准，同时眼睛位置应与液面相平。

②液体静力称衡法

用量杯直接称衡体积其测量的准确度低，利用阿基米德原理测量的准确度可以大大提高。阿基米德原理指出，物体在液体中减少的重量等于它所排开同体积液体的重量。为此，用物理天平测得物体在空气中的质量1M （不考虑空气的浮力）和浸在水中（全部浸没）的质量2M ，则21M M -就等于物体同体积的水的质量，若实验时，温度为t ℃，该时水的密度为t ρ，则物体的体积为t

M M V ρ2

1-=

。

t M M M V M ρρ2

11

1-==

∴ （4）液体密度的测定

①直接测量法：将密度计直接放在液体里面，观察液面在密度计所对应的刻线，所对应的刻线读数就是待测液体密度，直接读数即可测得液体密度。注意不同的液体要用不同的密度计。

②称衡法（密度瓶法）：在一定温度的条件下，密度瓶的容积是一定的，设密度瓶容积为V ，质量为1m ，装满待测的液体后其质量为2m ，则待测液体质量为：12m m m -=由此可得液体的密度为：

图螺旋测微器读数示意图

V

m m V m 1

2-==∴ρ

3．实验内容

（1）用游标卡尺测量圆柱体的直径和高各5次； （2）用螺旋测微器测钢珠或钢线的直径10次； 4．实验数据与数据处理

（1）测圆柱体体积（误差计算）

仪器名称：游标卡尺 准确度：

绝对误差：()()

1

5

1

2

--==?∑=n d d

d d i i σ

相对误差：%100??=

d

d

E 结果表述：d d d ?±=

绝对误差()()

1

5

1

2

--==?∑=n h h h h i i

σ

相对误差: %100??=

h

h

E 结果表述:h h h ?±= 体积的测量结果：h d V 24

π

=

相对误差:%1002????

?

??+??=?=

h h d d V V E 绝对误差:E V V ?=? 结果表述:V V V ?±=

2、测钢珠直径

仪器名称：螺旋测微器（mm 250-） 准确度：mm 01.0

体积的测量结果：1010

1

∑==

i i

d

d

绝对误差: ()()

1

101

2

--==∑=n d d

d i i

ση

相对误差:%100?=

d

E η

结果表述:()mm d d =

±=η

5．思考题

（1）游标卡尺的测量准确度为mm 01.0，其主尺的最小分度的长度为mm 5.0，试问游标的分度数（格数）为多少？以毫米作单位，游标的总长度可能取哪些值？

（2）试述游标卡尺、螺旋测微器的零点修正值如何确定？测定值如何表示？ （3）游标卡尺读数需要估读吗，为什么？

（4）实验中所用的水是事先放置在容器里，还是从水龙头里当时放出来的好，为什么？ （5）观察密度计刻度是否均匀，若不均匀，为什么？ 本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）

（注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3. “重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课，下同。）

实验二 单摆实验

·【实验目的】

1. 用单摆测量当地的重力加速度。

2. 研究单摆振动的周期。

·【实验仪器】

FD-DB-Ⅱ新型单摆实验仪

·【仪器介绍】

1. 数字毫秒计

停表计时是以摆轮的摆动周期为标准，数字毫秒计的计时是以石英晶片控制的振荡电路的频率为标准。常用的数字毫秒计的基准频率为100kHz ，经分频后可得10kHz 、1kHz 、0.1kHz 的时标信号，信号的时间间隔分别为0.1ms 、1ms 、10ms 。数字毫秒计上时间选

择档就是对这几种信号的选择。如选用1ms 档，而在测量时间内有123个信号进入计数电路，则数字显示为123，即所测量的时间长度是123ms 或0.123s 。对数字毫秒计计时的控制有机控（机械控制，即用电键）和光控（光控制，即用光电门）两种。光电

门

是对数字毫秒计进行光控的部件，它由聚光灯和光电二极管组成（图1），当光电管被遮光时产生的电讯号输入毫秒计，控制其计时电路。控制信号又分为1S 和2S 两种，1S 是测量遮光时间的长度，遮光开始的信号使计时电路的“门”打开，时标信号依次进入毫秒计的计数电路，遮光终了的信号使计时电路的“门”关闭，时标信号不能再进入计数电路，显示的数值即遮光时间的长度。使用2S 时，是测量两次遮光之间的时间间隔，第一次开始遮光时，计时电路和“门”打开，第二次再遮光时，“门”才关闭，显示的数值就是两次遮光的时间间隔。一般测量多选用2S 档。为了在一次测量之后，消去显示的数字，毫秒计上设有手动和自动置零机构，自动置零时还可调节以改变显示时间的长短。当测完一次之后来不及置零时，则最后显示的是两次被测时间的累计。

图3是数字毫秒计面板的示意图，所用仪器的实际面板可参阅仪器说明书。

·【实验原理】

（1）周长与摆长的关系：

一根长为L 不能伸缩的细线，上端固定，下端悬挂一质量为m 的小球，设细线质量比小球质量小很多，可以将小球当作质点，将小球略微推动后，小球在重力作用下可在竖直平面内来回摆动，这种装置称为单摆，如图所示。

单摆往返摆动一次所需要的时间称为单摆的周期，可以证明，当摆幅很小时，单摆周期T 满足以下公式：

g

L

T π

2= （1） 当然，这种理想的单摆实际上是不存在的，因为悬线是有质量的，实验中采用了半径为r 的金属小球来代替质点。所以，只有当小球质量远大于悬线的质量，而它的半径双远小于悬线长度时才能将小球作为质点来处理，并可由（1）式进行计算。但此时必须将悬挂点与球心之间的距离作为摆长。如固定摆长

L ，测出相应的振动周期T ，即可由（1）式求g 。也可以逐次改变摆长L ，测量各相应的周期T ，再求出2T ，最后在坐标纸上作出L T -2图。如图是一条直线，说明2T 与L 成正

比关系。在直线上选到两点P1(L1,T12)和P2(L2,T22)，由两点式求得斜率1

22

122L L T T k --=；

再从g

k 2

4π=求得重力加速度，即：2

1221224T T L L g --=π （2） ·【实验内容与步骤】

1) 调节好各实验仪器。 2) 固定摆长，改变摆角求得g ： 摆线长度L 1，摆球直径2L 2分别为：

L 1=________________ cm

2 L 2=（2.000±0.002）cm

总的摆长为： L=L 1 + L 2 =____________cm

表21

由表1数据作T 2-L 图，并进行直线拟合,即得T 2-L 关系图，并求直线的斜率和g 值。并用表1中的数据求g 及其误差。

·【思考问题】

1． 摆锤从平衡位置移开的距离为摆长的几分之一时，摆角约为5°？

2． 用长为1m 的单摆测重力加速度，要求结果的相对误差不大于0.4%时,测量摆长和周期的绝对误差不应超过多大？若用精度0.1s 的停表去测周期，应连续测多少个周期？在此测量中，如取=θ5°而又忽略θ对T 的影响时，能给重力加速度的测量造成多大的系

统误差？

·【注意事项】

1)小球必须在与支架平行的平面内摆动，不可做椭圆

运动。检验办法是在集成霍耳开关的输出端，即V-

和V out间加一个发光二极管(5V)，检验发光二极

管在小球经过平衡位置时是否闪亮，可知小球是否

磁钢在一个平面内摆动。

2) 集成霍耳传感器与磁钢之间距离在1.0cm左右。若摆

球摆动时传感器感应不到信号，将摆球上的磁钢换个面装上

即可。请勿用力拉动霍耳传感器，以免损坏。

3)由于本仪器采用微处理器对外部事件进行计数，有可能受到外部干扰信号的影响使微处理器处于非正常状态，如出现此情况按复位键即可。

静电场的描绘

·【实验目的】

1、圆柱形电容器中等势线分布的模拟测绘。

2、两根无限长平行直导线周围等势线分布的模拟测绘。

3、测量内电极直径，安置模拟模型。

·【实验仪器及设备】

EQC—3型静电场描迹仪、导电纸、静电场电源、复写纸、自备坐标纸两张(16开)等。·【实验原理】

一般情况下，带电体的形状比较复杂，很难用理论方法进行计算。用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。因为仪表（或起探测头）放入静电场，总要被测场原有分布状态发生畸形。所以，人们常用“模拟法”间接测绘静电场的分布。

模拟法是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程的研究去代替另一种不易实现、不便测量的状态或过程的研究。

电场强度E 是一个矢量。因此，先确定电位情况。我们可以先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，则整个电场的分布就可以用几何图形清楚地表示出来。有了电位U 值的分布，由E =-▽U 便可求出E 的大小和方向。整个电场就确定了。

如果两种场遵守的物理规律形式上相似,就可以用便于测量的场代替不易测量的场。这种实验方法叫做模拟法.用稳恒电流场模拟静电场是研究静电场的一种最简便的方法.

静电场和恒流场都遵守拉普拉斯方程.例如这两种场都可以引入电位U,都遵守高斯定理.如果恒流场的电极与静电场中的带电导体形状、位置及电位都相同,这两种场在空间的分布就完全相同.

二共轴无限长均匀带电圆柱体间的静电场：带电体激发的电场，分布在三维空间，但无限长均匀带电柱体的电场分布往往具有柱对称性，其电力线总是在垂直于带电柱体表面的平面内。因此模拟用的电流场只须在一个平面内，即导电质只要充满这一平面就行了。

下面给出这种电场的理论计算公式，以便将实验结果和理论值进行比较。

如图3-1-1所示,电源电压为U 0,小圆半径为a ，电位为U a ，大圆半径为b ，电位为U b ，在电场中距轴心为r 处的电位为U r ，则

U r =U a -??r

a dr E （3-1-1）

根据高斯定理，无限长圆柱的场强为 E=

r

k

(当a

= U a

-?

r

a

dr r k = U a -a

r

k ln (3-1-3) 在r=b 处有

U b = U a -a

b

k ln 所以

a b U U k b

a ln

-=

（3-1-4）

如果取U a =U 0，U b =0，由（3-1-3）式和（3-1-4）式可得

U r = U 0r b ln

/ a b

ln

（3-1-5）

也可写为

r=b 0

/)(U U r a b

- (3-1-6) 或写为

)ln(ln ln 0a

b

U U b r r -

= （3-1-7）

实验时可将在恒流场的测量值与上式的计算值进行比较。

·【实验步骤】

1、测试二无限长直圆柱体间电场分布

将圆柱形电极模型测试极装入测量架下层。并按仪器使用方法，调整仪器，输出电压调至10V 。先测出两柱心连线中点的电位值，并找出与中心电位值相同的等位点。然后在中点的对称位置上每隔1.5V 向正负电极方向测等位线，而每条线不得少于13个点。

2、用与上面相同的方法测试示波管聚焦电极模型的电场分布。

·【实验数据处理及计算】

·【实验操作要点及注意事项】

（一）、实验操作要点：

1、测量：开启电源开关。左右开关，测左按左，测右按右，如用直接法，直接扦另开关，按到直接，测量校正开关按到校正，调电压调节旋钮使电表显示10V，然后将测量校正开关，按到测量位置。纵横移动量笔，则电表显示寻找所测电压值。

2、记录：实验报告都需要记录，对模拟法作深刻研究。则需在描绘架上铺平白纸、用磁块吸住，当液晶显示读数认为需要记录时，轻轻按下记录笔并在白纸上能清晰记下小点，一般所需记录电压由任课老师定夺。为实验清晰快捷，每等位线8-10个点，然后连接即可。

（二）注意事项：

1、实验时必须使大铜环与小铜柱准确地同心。

2、实验用的电极要与导电纸紧密接触。

3、实验用的电极可以用导电性能良好的石墨胶或银粉胶代替。

·【实验结果分析及讨论】

1、如果模拟场是导电纸上的两个相隔一定距离的点电极，那么它所模拟的是两个带等量异号电荷的场，还是两无限长带等量异号电荷的均匀带电平行直线的电场？

2、如果电源电压增大一倍，等位线、电力线的形状是否变化？

3、通过这次实验你对模拟法有何认识？

·【参考表格】

模拟法描绘静电场

U0 =_____V

等厚干涉

·【实验目的】

1、观察光的等厚干涉现象。

2、利用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径。

3、利用劈尖干涉测量微小的厚度。

·【实验仪器】 牛顿环装置、钠光灯、劈尖、读数显微镜。

·【实验原理】如图4-4-1所示：当一曲率半径R 很大的平凸透镜的凸面和磨光平面玻

璃相接触时，在透镜的凸面与平面玻璃板之间将形成一空气薄层，离接触点等距离的地方，厚度相同。若以波长为λ的单色平行光垂直投射到这种装置上，则由空气膜上下表面反射的光波将互相干涉，形成的干涉条纹为膜的等厚各点的轨迹，这种干涉是一种等厚干涉。在反射方向观察时，将看到一组以触点为中心的明暗相间的圆环形干涉条纹，而且中心是一暗斑。这种干涉现象最早为牛顿所发现，故称为牛顿环。

牛顿环干涉图样如图4-4-2所示：设透镜L 的曲率半径为R ，形成的m 级干涉暗条纹的半径为m r ，m 级干涉亮条纹的半径为/m r ，不难证明:

λmR r m = （4-4-1）

2

)12(/

λ

R m r m

-= （4-4-2）

图4-4-1 牛顿环装置 图4-4-2牛顿环干涉图样

以上两式表明，当λ已知时，只要测出第m 级暗环（或亮环）的半径，即可算出透镜的曲率半径R ；相反，当R 已知时，即可算出λ。但由于两接触面之间难免附着尘埃，并且在接触时难免发生弹性形变，因而接触处不可能是一个几何点，而是一个圆斑，所以近圆心处环纹比较模糊和粗阔，以致难以确切判定环纹的干涉级数m ，即干涉环纹的级数和序数不一定一致。这样，如果只测量一个环纹的半径，计算结果可能有较大的误

差。为了减少误差，提高测量精度，必须测量距中心较远的，比较清晰的两个环纹的半径，例如测量出第m 1个和第m 2 个暗环（或亮环）的半径（这里m 1 、m 2 均为环序数，不一定是干涉级数），因而上式应修正为：

λR j m r m

)(2

+= （4-4-3） 式中m 为环序数，（m+j ）为干涉级数（j 为干涉级修正值），于是

()()[]λλR m m R j m j m r r m m )(12122

21

2-=+-+=- （4-4-4） 上式表明，任意两环的半径平方差和干涉级以及环序数无关，而只与两个环的序数之差 （m 2—m 1）有关。因此，只要精确测定两个环的直径，由两个直径的平方差值就可准确地算出透镜的曲率半径Ｒ，即： λ

)(122

21

2m m r r R m m --=

=

λ

)(4122

21

2m m D D m m -- （4-4-5）

·【实验步骤】

1、室内灯光，用眼睛直接观察牛顿环仪，调节框的螺旋使牛顿环呈圆形，并位于透镜的中心，但要注意螺旋不能拧得太紧。

2、仪器按要求装置好，用单色扩展光源钠光灯直接照明，由光源发出的光照射到450 角的平面反射镜上，使一部份光反射进入牛顿环仪。先用眼睛在竖直方向观察，调节平面反射镜的高低及倾斜角度，使显微镜视场中能观察到黄色明亮的视场。

图4-4-3牛顿环装置实验示意图

3、调节测量显微镜的目镜，使目镜中看到的十字叉丝清晰。将测量显微镜对准牛顿环仪的中心，从下到上移动镜筒对干涉条纹进行调焦，使看到的环纹尽可能清晰，并与显微镜的测量叉丝之间无视差。测量时，显微镜的叉丝最好调节成其中一根叉丝与显微镜的移动方向相垂直，移动时始终保持这根叉丝与干涉环纹相切，这样便于观察测量 。

4、测量显微镜测量干涉环的半径测量时由于中心附近比较模糊，一般取m 大于3，至于（m 2— m 1）取多大，可根据所观察的牛顿环去定。但是从减小测量误差考虑（m 2

— m 1）不宜太小。可从第3暗环到第22暗环 ，测出各环直径两端的位置χk 、/k χ，要

从最外侧的位置22χ开始连续测量，直至/

22χ为止。

各环的直径k k k D χχ-=/，取m 2—m 1 =10，可得：232131D D Δ-=；2

42142D D -=?， …，21222210D D -=?。因各Δ值相等，取其平均值作为()

2

21

2m m D D -的测量值去计算 R 。 5、计算平凸透镜的曲率半径 R 及其不确定度。 λ

)(4122

21

2m m D D R m m --=

·【数据记录及处理】

表（2） 计算各环的直径及各D Δ值

计算：

（1）1?，2?，…，10?然后计算?的平均值及其不确定度。

（2）R 1、R 2……R 10然后计算R 的平均值及其不确定度。（已知λ=589.3nm.）

结果表达式 R =

·【思考题】1、从牛顿环透射过来的光是否可形成干涉条纹？与反射光的干涉条纹有

什么不同？ 2、为什么说读数显微镜测量的是牛顿环的直径，而不是显微镜内牛顿环的放大像的直径？如果改变显微镜的放大率，是否会影响测量的结果？

金属线胀系数的测量

·【实验目的】

学习用FE －LEA 线膨胀系数测定仪测量金属棒的线胀系数。

·【实验仪器】

FE －LEA 线膨胀系数测定仪，钢卷尺，待测金属棒（两根）。

·【实验原理】

固体的长度一般随温度的升高而增加，其长度l 和温度t 之间关系为

l =0l (1+αt+βt 2+…) (2-6-1)

式中0l 为温度t=0C 0时的长度，α、β 是和被测物质有关的常数，都是很小的数值。而β以下各系数和α相比甚小，所以在常温下可以忽略，则式（2-6-1）可写成

l =0l (1+αt) (2-6-2)

此处α就是通常所称的线胀系数，单位是C

01

-。

设物体在温度t 1（单位为C 0）时的长度为l ，温度升到t 2（单位为C 0）时，其长度增加l ?，根据式(2-6-2)，可得

l =0l (1+αt 1) l +l ?=0l (1+αt 2)

由此二式相比消去0l ，整理后得出

α=

211

()l

l t t l t ?--?? （2-6-3）

由于l ?和l 相比甚小，l (t 2-t 1)>>l ?t 1,所以式 (2-6-3) 可近似写成

α =21()l l

l t t l t

??=-?? (2-6-4)

测量线胀系数的主要问题，是怎样测准温度变化引起长度的微小变化l ?。本实验是利用

FE －LEA 线膨胀系数测定仪测量微小长度的变化。

·【实验步骤】

1. 实验开始前，先详细阅读《FE －LEA 线膨胀系数测定仪说明书》。

2. 接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。

3. 用米尺测量金属棒长l ，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，再插入低导热体(不锈钢)用力压紧后转动固定架，在安装千分表架时注意被测物体与千分表测量头保持在同一直线。

4. 安装千分表在固定架上，并且扭紧螺栓，不使千分表转 动，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，使它能与绝热体有良好地接触，再转动千分表圆盘读数为零。

5. 接通温控仪的电源设定需加热的值 一般可分别增加温度为20℃、30℃、40℃、50℃，

按确定键开始加热。

6. 当显示值上升到大于设定值，电脑自动控制到设定值，正常情况下在±0.30℃左右波

动一、二次，同学可以记录t ?和l ?，并通过公式α=t

l l ???计算线膨胀系数并考查

其线性情况。

7. 换不同的金属棒样品，分别测量并计算各自的线膨胀系数，与理论参考值比较，考查

误差情况。

·【数据记录】

参考表格：

表（1） 金属线胀系数的测量

α=_____________C

01

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·【数据处理】

FD-LEA 线膨胀系数测定仪

一、概述

FD-LEA线膨胀系数测定仪是对固体线膨胀系数的一种直读式测定仪，在大专院校的普通物理实验教学中对物质的热胀冷缩的特性可做出定量考查，并可对金属的线膨胀系数做精确测量计算。物质在一定温度范围内，原长为ι的物体受热后伸长量l?与其温度

α。式中α为固体的线膨胀系的增加量t?近似成正比，与原长ι也成正比，即：l?=t???ι

数。实验证明：不同材料的线膨胀系数是不同的。同学可对已配备的实验铁棒、铜棒、铝棒进行测量并计算其线膨胀系数。

该仪器的恒温控制由高精度数字温度传感器与单片电脑设定，读数精度为±0.1℃，可加热温度控制范围为室温--80℃。

二、用途

1、测量铁、铜、铝棒的线膨胀系数。

2、测量其它固体物质的线膨胀系数(要求加工成Φ8×400mm的圆棒)。

3、分析影响测量精度的诸因素。

4、观察某些合金材料在金相组织发生变化温度附近，出现线膨胀量的突变现象。

5、掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。

三、技术指标

1、温度读数精度：±0.1℃。

2、温度控制精度：±0.1℃/Min。

3、温度控制范围：室温—80℃。

4、伸长量测量精度：0.001mm，最大测量范围为0—1mm。

5、温控仪使用环境和外型尺寸：

1)输入电源：220V±10% 50Hz—60Hz

2)湿度：85%

3)温度：0—40℃

4)外型尺寸：315×250×140(mm)

5)仪器重量：约3kg

6、电加热恒温箱外型尺寸：560×120×20 (mm)

四、电加热箱的结构和使用要求

1、结构如图(1)：

(图1) 1、托架2、隔热盘A 3、隔热顶尖4、导热衬托A 5、加热器6、导热均匀

管

7、导向块8、被测材料9、隔热罩10、温度传感器11、导热衬托B 12、隔热

棒

13、隔热盘B 14、固定架15、千分表16、支撑螺钉17、坚固螺

钉

2、使用要求

1)被测物体控制于Φ8×400mm尺寸；

2)整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动；

3)千分表安装须适当固定(以表头无转动为准)且与被测物体有良好的接触(读数在0.2—0.3mm处较为适宜，然后再转动表壳校零)；

4)被测物体与千分表探头需保持在同一直线。

五、恒温控制仪使用说明

1、面板操作简图如下图(2)