固体线胀系数实验报告.docx

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1、固体线胀系数实验报告 大学物理实验报告 _材料与能源_学院_能源与动力工程_专业_1_班 学号_xxxx_姓名_黄智向_（合作者_） 实验日期_2021.7.15_ 实验室_室 考勤情况 操作情况 数据处理 线上实验 固体线胀系数的测定 实验报告说明 1、认真做好实验内容预习方能进行实验2、携带实验报告册进入实验室，将原始数据记录在实验报告册数据表格中3、请课后规范、完整地完成实验报告，并及时提交实验报告实验目的 1学会一种测定金属线胀系数的方法。 2掌握和巩固光杠杆法测量长度微小变化量的原理和方法。 3学会用最小二乘法处理数据。 实验仪器 电子虚拟实验室：固体线胀系数测定仪（包括温度计及夹子

2、，待测金属棒），光杠杆，尺读望远镜，钢卷尺，游标卡尺) 序号 成绩评定 教师签名 实验原理 设金属棒在温度otC0时的长度为oL，当其温度上升到tC0时，它的长度tL可由下式表示： tL=()oottL-+a1 （1） 式中，a即为该物体的线胀系数。可将式（1）改写成： ()()oooootttLLttLLL-D=-=a （2） 由此可见，线胀系数a的物理意义是温度每升高1Co时物体的伸长量LD与原长之比。一般a随温度有微小的变化，但在温度变化不太大时，可把它当作常量。 由式（2）可以看出，测量线胀系数的关键是准确测量长度的微小变化量LD。我们先粗略估算一下LD的大小。若mm500Lo ，温度

3、变化Ctto-100，金属线胀系数a的数量级为()15C10- ，则可估算出mm50.0LD。对于这么微小的长度变化量，用普通量具如钢尺和游标卡尺无法进行精确测量，一般采用千分表法（分度值为0.001mm），光杠杆法，光学干涉法等。 本实验采用光杠杆法，整套实验装置由固体线胀系数测定仪，光杠杆和尺读望远镜等几部分组成，如图1所示。 图1测定固体线胀系数的实验装置光杠杆测微小长度改变量的原理： 参照图2，假定开始时光杠杆平面镜M的法线ono在水平位置，则标尺S上的标度线no发出的光通过平面镜M反射进入望远镜，在望远镜中形成no的象而被观察到。当被测金属杆因加热伸长后，光杠杆的后尖脚b因金属杆上表

4、面的升高而升高L,带动M转过一角而至M，法线ono也转过同一角度至oa 。根据光的反射定律，从no发出的光将反射至n ，且nooa =noa =。由光线的可逆性，从n 发出的光经平面镜反射后进入望远镜而被观察到。 从图2可以看到： 图2光杠杆法测长度微小变化量原理图bLtgD=a ， DntgD=a2， （ono=D） （n=n-n0）。 由于a很小，所以有：bLD=a ，DnD=a2 。消去a，得nDbLD=D2 。 当望远镜标尺读数由0n变为n时，被测金属杆长度的微小变化量为： DnnbL20-=D （3） 其中，b为光杠杆常数，即光杠杆后足至两前足连线的垂直距离；D为光杠杆镜面到标尺间的

5、距离；0n为温度0t时望远镜中标尺读数；n为温度t时望远镜中标尺读数（所谓标尺读数是指望远镜水平叉丝在标尺像中的位置读数）。将式（3）代入式（2），得： ()0002ttDLnnb-=a （4） 本实验就是根据公式（4），通过长度和温度的测量，从而测定出金属棒的线胀系数。 实验操作 1将被测金属棒取出，用钢卷尺测量金属棒在室温下的长度L0；将被测金属棒慢慢放入加热管中，直到被测棒的底端接触到底面；调节温度计的锁紧螺钉，使温度计下端长度约为150200mm，然后小心放入被测金属棒的孔内。 2仪器调整1把光杠杆放在线胀系数测定仪平台上，要求：后足置于金属棒上表面，两前足置于凹沟内；镜面与平台大致垂

6、直。 2调节尺读望远镜，步骤如下： 镜尺调整。在距光杠杆平面镜前约100cm(不少于100cm)处，放置尺读望远镜，物镜对准平面镜；调节望远镜镜筒成水平状态，且与光杠杆平面镜在同一高度。 调节目镜，看清叉丝。 从望远镜上方沿两个准星连线方向观察平面镜，并左右移动尺读望远镜，最后要能从平面镜中观察到标尺的像（如果无论怎样移动望远镜，都不能看到平面镜中有标尺的像，一般是因为光杠杆镜面过于朝上或朝下倾斜，则应反向调节镜面，再重复前述步骤）。 缓缓地改变望远镜的位置或平面镜的法线方向，使眼睛观察到像的视线方位逐渐与望远镜光轴一致；这时再从望远镜内观察，同时调节调焦手轮（即改变物镜和目镜间的距离，俗称调

7、焦），使标尺成像清晰，而且像与叉丝间无视差。 实 验 数 据 b=_10.72_cm, L0=_50.00_cm, D=_120_cm.次数项目(室温)1234567求和t(Co)30 40 50 60 70 80 90 100 n(cm)5.32 5.50 5.67 5.86 6.06 6.23 6.42 6.62 0ttxi-=（Co） 102021405060702800nnyi-=（cm） 0.180.350.540.74.0911.11.35.12iiyx 18716.229.645.56691257.12ix 1004009001600250036004900140002iy 0.

8、03240.12250.29160.54760.82811.211.694.7222 数据处理 用最小二乘法计算固体线胀系数a（注意写清楚过程和单位）： =-=niiniiniiiniiniixnxyxnyxk1221111)(0.018679 cm/由实验数据得： 固体酒精的配制 一、实验目的:固体酒精的配制原理和实验方法 二、原料： 1、酒精：工业酒精95%。 2、硬脂酸钠：不溶于水，但溶于热乙醇 3、虫胶片：是一种天然树脂，不溶于水，受热软化，冷却后固化，在本实验中作粘结剂使用。主要成分是一些羟基酸内酯和交酯的混合物。 4、石蜡：固体烃的混合物。本实验中，石蜡作为固化剂使用，但本身可以燃

9、烧，加入量太多时，燃烧不充分时，产生烟雾和不愉快的气味。 三、实验原理 硬脂酸与氢氧化钠混合后将发生下列反应：C17H35C00H+NaOH=C17H35C0ONa+H2O反应生成的硬脂酸钠是一个长碳链的极性分子，室温下在酒精中不易溶在较高的温度下，硬脂酸钠可以均匀地分散在液体酒精中，而冷却后则形成凝肢体系，使酒精分子被束缚于相互连接的大分子之间，呈不流动状态而使酒精凝固，形成了固体状态的酒精 四、实验操作： 取0.4g氢氧化钠，加入烧瓶中，加入0.5g虫胶片，40mL酒精和数粒沸石，加热，冷凝回流，只至固体充分溶解。在烧杯中加入2.5g硬脂酸和10mL酒精，加热至硬脂酸充分溶解，加入上述的溶

10、液中，摇动，使其混合均匀，回流10min，移去水浴，开始冷却。待降温到60度时，导入模具中，加盖，防止酒精蒸发，冷却固化，从模具中取出成品。切一块样品，在坩埚上，直接用火点燃，观察燃烧情况。 五、实验现象： 反应完全；反应液混合后pH=7；倒出时已有部分固体酒精生成，导致部分产物挂壁，造成损失，成品为土黄色透明固体，硬度大；燃烧时火焰呈黄色，表面形成膜状物，不流淌；燃烧后有少量残渣。 六、讨论： 1、不同固化剂制得的固体霜精的比较： 以醋酸钙为固化剂操作温度较低，在4050C即可但制得的固体酒精放置后易软化变形，最终变成糊状物因此储存性能较差不宜久置。 以硝化纤维为固化剂操作温度也在4O50c

11、，但尚需用乙酸乙酯和丙酮溶解硝化纤维致使成本提高制得的固体酒精燃烧时可能发生爆炸，故安全性较差。 以乙基羧基乙基纤维素为固化剂虽制备工艺并不复杂，但该固化剂来源困难，价格较高，不易推广使用。 使用硬脂酸和氢氧化钠作固化剂原料来源丰富，成本较低，且产品性能优良。 2加料方式的影晌： （1）将氢氧化钠同时加入酒精中然后加热搅拌这种加料方式较为简单，但由于固化的酒精包在固体硬脂酸和固体氢氧化钠的周围，阻止了两种固体的溶解的反应的进一步进行，因而延长了反应时间和增加了能耗。 （2）将硬脂酸在酒精中加热溶解，再加入固体氢氧化钠，因先后两次加热溶解，较为复杂耗时，且反应完全，生产周期较长。（3）将硬脂酸和

12、氢氧化钠分别在两份酒精中加热溶解，然后趁热混合，这样反应所用的时间较短，而且产品的质量也较好3、温度的影响：见下表： 可见在温度很低时由于硬脂酸不能完全溶解，因此无法制得固体酒精；在30度时硬脂酸可以溶解，但需要较长的时间且两液混合后立刻生成固体酒精，由于固化速度太快，致使生成的产品均匀性差；在6O度时，两液混合后并不立该产生固化，因此可以使溶液混合的非常均匀，混合后在自然冷却的过程中，酒精不断地固化，最后得到均匀一致的固体酒精；虽然在70度时所制得的产品外观亦很好，但该温度接近酒精溶液的沸点酒精挥发速度太快，因此不宜选用该温度。因此，一般选用60度为固化温度。4、硬脂酸与NaOH配比的影响：

13、 从表中数据不难看出随着NaOH比例的增加燃烧残渣量也不断增大因此，NaOH的量不宜过量很多我们取3：046也就是硬脂酸：NaOH为65：1，这时酒精的凝固程度较好产品透明度高，燃烧残渣少，燃烧热值高。5、硬脂酸加入量的影响： 硬脂酸加量的多少直接影响固体酒精的凝固性能硬脂酸的添加量对酒精凝固性能影响的实验结果见下表，且可以看出，在硬脂酸含量达到65以上时，就可以使制成的固体酒精在燃烧时仍然保持固体状态这样大大提高了固体酒精在使用时的安全性，同时可以降低成本。 6、石蜡的影响： 石蜡在常温下为固体，且为烃类化合物，易燃，很容易使人想到加入石蜡来提高和改善固体酒精的性能通过实验我们发现石蜡确实能提高固体酒精的硬度，但加石蜡后，燃烧时有黑烟冒出，且有石蜡的气味，因此，加石蜡的固体酒精不适合于室内使用。 7、火焰颜色的影响： 酒精在燃烧时火焰基本无色，而固体酒精由于加人了NaOH，钠离子的存在使燃烧时的火焰为黄色。若加入铜离子，燃烧时火焰变为蓝色。因此添加不同离子到固体酒精中去得到不同颜色的火焰。 麻雀虽小，五脏俱全啊。 终于找到这篇文章！ 7