固体线胀系数实验报告
时间：2021-10-10 来源：博通范文网 本文已影响 人 
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__3119006001__ 姓名___ 黄智向___ （合作者__________ ）
实验日期_2020.7.15_____
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，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ot C0时的长度为oL ，当其温度上升到 t C0时，它的长度tL 可由下式表示：
tL = o ot t L 1
（1）
式中， 即为该物体的线胀系数。可将式（1）改写成：
o o o oo tt t LLt t LL L
（2）
由此可见，线胀系数 的物理意义是温度每升高 1 Co时物体的伸长量 L 与原长之比。一般 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 L 。我们先粗略估算一下 L 的大小。若 mm 500 L o
，温度变化 C t to 100 ，金属线胀系数 的数量级为 15C 10
，则可估算出 mm 50 .0 L 。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 on o 在水平位置，则标尺 S 上的标度线 n o 发出的光通过平面镜 M 反射进入望远镜，在望远镜中形成 n o 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 因金属杆上表面的升高而升高 Δ L,带动 M 转过一角α而至 M‘ ，法线 ono 也转过同一角度α至 oa
。根据光的反射定律，从 n o 发出的光将反射至 n
，且∠n o oa
=∠noa
=α 。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 bLtg
，
Dntg 2 ，
（on o =D）
（Δn=∣n-n 0 ∣）。
由于 很小，所以有：bL
， Dn 2
。消去 ，得 nDbL 2
。
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：
Dn n bL20
（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：
0 002 t t DLn n b
（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 150~200mm，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；镜面与平台大致垂直。
2． 调节尺读望远镜，步骤如下：
①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。
②调节目镜，看清叉丝。
③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）。
④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,
L 0 =__50.00_____cm,
D=_____120___cm.次数 项目 (室温) 1 2 3 4 5 6 7 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
0t t x i （ Co）
10 20 30 40 50 60 70 280 0n n y i （cm）
0.18 0.35 0.54 0.74 .091 1.1 1.3 5.12 i i yx
18 7 16.2 29.6 45.5 66 91 257.1 2ix
100 400 900 1600 2500 3600 4900 14000 2iy
0.0324 0.1225 0.2916 0.5476 0.8281 1.21 1.69 4.7222
数据处理
用最小二乘法计算固体线胀系数 （注意写清楚过程和单位）：
niiniinii iniiniix n xy x n y xk12211 1 1) ( 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： C17 H35C00H + 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40~50 C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4O～ 50 c，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：
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3：0．46也就是硬脂酸：NaOH为6．5：1，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6．5 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。
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