大学物理实验固体线膨胀系数的测定有哪些误差来源？

回答（1）：

主要误差来源于热膨胀系数与材料的化学组成、合金元素对合金热膨胀的影响等。

热膨胀系数与材料的化学组成、结晶状态、晶体结构、键的强度有关。组成相同，结构不同的物质，膨胀系数不相同。结构紧密的晶体，膨胀系数较大；而类似于无定形的玻璃，往往有较小的膨胀系数。键强度高的材料一般会有低的膨胀系数。

合金元素对合金热膨胀有影响，简单金属与非铁磁性金属组成的单相均匀固溶体合金的膨胀系数介于内组元膨胀系数之间。而多相合金膨胀系数取决于组成相之间的性质和数量，可以近似按照各相所占的体积百分比，利用混合定则粗略计算得到。

扩展资料：

实验固体线膨胀系数的测定要求规定：

1、质点间的作用力越强，质点所处的势阱越深，升高同样温度，质点振幅增加得越少，相应地热膨胀系数越小。当晶体结构类型相同时，结合能大的材料的熔点也高，熔点高的材料膨胀系数较小。

2、由于顶杆和支持器尺寸较长，高温炉的加热条件难于使温度分布均匀一致，顶杆和支持器之间的膨胀量难以相互抵消，所以膨胀的测量值需要校正。

3、测量温度可高达2000℃，目镜上的测微计直接测量试样伸长量。所用试样较长，加热炉要有足够的恒温带。

参考资料来源：百度百科-线膨胀系数

回答（2）：

主要误差来源：

1、若样品总成安装不当，如固定端固定不牢，滑动端样品与样品封头之间联结松动等，均会引起较大误差，发现此类问题应想办法解决，如有困难可请老师协助处理。

2、滑动端与水套的摩擦会给固定端一个反向作用力，使固定端产生微小位移引起误差。样品与水套的膨胀系数不一致，也会使它们之间产生摩擦，并使样品产生微小弯曲形变引起误差，此类误差一般很小。

3、数字千分表、温度传感器及测量仪本身的误差，此项误差一般小于1%。

4、测量过程中外力使固定端移动会带来较大误差，同学们应避免此类情况的发生。

材料膨胀或收缩的程度。分为某一温度点的线膨胀系数和某一温度区间的线膨胀系数，后者称为平均线膨胀系数。前者是单位长度的材料每升高一度的伸长量；平均线膨胀系数是单位长度的材料在某一温度区间，每升高一度温度的平均伸长量。

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石墨的层内结合力强，层向a值很小(1×1010K)，层间结合力很弱，层间方向a值高达27×10K对于具有很强的非等轴性的晶体，某一方向上的n值可能为负数。

由各向异性多晶体组成的耐火材料和由各相a值不同的多相多晶体组成的耐火材料，在烧成冷却过程中材料内会产生内应力。当晶界处于高的应力状态时，材料强度降低，甚至产生微裂纹。气孔率对耐火材料的热膨胀特性也有影响。当气孔使材料内颗粒间的结合变弱时，a值变小。

而连续固相中的封闭小气孔几乎不影响a值。多相多晶和复合材料的线膨胀系数是可以根据物相组成进行计算的。所有计算公式都以各相之间在内应力作用下不产生微裂纹为前提，所以实际上是一种近似的估算，多微裂纹的耐火材料，a的实测值和计算值的偏差可以用作衡量显微结构中缺陷数量的一种尺度。

参考资料来源：百度百科--线膨胀系数

回答（3）：

主要误差来源：

1、若样品总成安装不当，如固定端固定不牢，滑动端样品与样品封头之间联结松动等，均会引起较大误差，发现此类问题应想办法解决，如有困难可请老师协助处理。

2、滑动端与水套的摩擦会给固定端一个反向作用力，使固定端产生微小位移引起误差。样品与水套的膨胀系数不一致，也会使它们之间产生摩擦，并使样品产生微小弯曲形变引起误差，此类误差一般很小。

3、数字千分表、温度传感器及测量仪本身的误差，此项误差一般小于1%。

4、测量过程中外力使固定端移动会带来较大误差，同学们应避免此类情况的发生。

材料膨胀或收缩的程度。分为某一温度点的线膨胀系数和某一温度区间的线膨胀系数，后者称为平均线膨胀系数。前者是单位长度的材料每升高一度的伸长量；平均线膨胀系数是单位长度的材料在某一温度区间，每升高一度温度的平均伸长量。

扩展资料：

线膨胀系数随温度变化的规律类似于热容的变化。a值在很低温度时很小，随温度升高而很快增加，在德拜特征温度以上时趋向于常数。线膨胀系数的绝对值与晶体结构和键强度密切相关。键强度高的材料具有低的线膨胀系数。

相对金属材料，耐火材料的键强大，线膨胀系数小。一般氧化物的α值在(8～15)×10K范围，二元硅酸盐物质的α值一般在(5．2～10)×10K碳化物的a值为(5～7)×10K金刚石为1×1010K石英玻璃则由于其结构松弛。

结构中四面体的线膨胀能为结构中的空隙所容纳，而具有极小的a值(0．5×1010K非等轴晶体沿不同晶轴的a值不同，尤其是石墨这类层状结构的物质。

参考资料来源：百度百科--线膨胀系数

回答（4）：

热膨胀是固体材料中一个很重要的特性．固体因受热而引起线度变化的现象称为线膨胀，于不对同材料的固体，膨胀的程度各不相同，常以线膨　线通胀系数表征不同物质热膨胀的程度．
一固体的膨胀是十分微小的，固体发生很小的热膨胀但却能产生很大的应力，膨胀系数是工程设因线计、密仪器制造、精材料焊接和加工中必须考虑的重要参数之一．学习线膨胀系数的测定是十分有意义的．在式中，是光杠杆后足垂直距离，前加热后与加热前在望远镜中读得标尺刻度差，为尺至光杠杆的距离． D 为了减小人为误差，般要测量多个末温 t 的望远镜读数咒进行计算．设测量了 i 假组数据，由 1式的定义， 1式有r 即 Lf 一1 — ：。（l l 、 l。 —） l 由 2 式可得.
测定固体线膨胀系数理论进行详细分析的同时，发现实验中往往忽略了采温间隔对线膨胀系数的影响，给实验结果带来了理论误差，加了固体线膨胀　增系数的非线性效应．文以光杠杆法测定固体的线本膨胀系数为例，这一理论误差的影响．
1 线膨胀系数的定义4　一 5对5 式两边分别求和，且认为
a ＝a 得到　， I l 　 L ～2 　 D 一 u ＼　。
￡＋：。（1 z）。　— U L 〔z ／　U。
5（2一t） 1 t 1￡＋… ＋（　—t 1￡一〕 t 　）　1 一　
即　实验证明，固体的线膨胀与温度的增加固体的原长和该固体的种类有关．当温度改变不大时，固体单位长度的改变量近似地和温度改变量 d 成　 z 正比，
即d L （一尺） 2L（ —t ＋∑ （ —t1 （一 o Do t ） t i） R －R）　（）即为由定义 7 推导出来的 i 测量数7式 1式组 r ：口 … d　z 、，据计算线膨胀系数的理论公式．一 1 7　式中 a称为线膨胀系数，
￡是该固体在温度 t时的长度．　
2 线膨胀系数测量原理的分析　　
3 固体线膨胀系数测量原理的理论误差分析　　
1 式定义表明，非规定了温度的变化过程，否则，固体线膨胀系数 a的数值是不完全确定的．但科学研究中，以测量 a随温度的变化值，可在教学中，由于实验条件的限制，只能测量一定温度范围内的等效平均值．此规定温度均匀变化，在许多技术应用中，常用简化的等效平均值来代替实际的非线性值，一般认为 2 q 即 OC至 I0C的固 O￣体线膨胀系数近似为常量，人们往往忽略了采温间隔对固体线膨胀系数 a的非线性的影响，多组测量数据计算线膨胀系数的公式就为 △ 代替 d ， △ 代替 d ，用￡￡用 z z根据线膨胀系数的定义，只要用实验方法测得固体的￡、￡ A 等量， 0△ ， t 　便可求出 a 若以光杠杆法测量 △ ，．
￡有　 A ： L 2　 K（￡ R 一R ） o 8　
开始时左侧导体棒静止，右侧导体棒具有向右Bq L ：删一0 ： 1 　　 m 　 — 　一　 7：f ．
g7 ＝ l ＝￡l ＝ △ 　　
由上jE ￣1　－l r 何q 性．当然，固体线膨胀系数的非线性效应（即温度梯度）的大小以及理论误差的大小，全取决于温度采样 △￡的大小．，取 J 0＝5 ．0c 温度范围在 2℃　 0O　 m， 0 右运时产感电势两解当棒动，生棒中都有感应电流通过，右棒受到安培力作用而减速，　
8式 7式相比较，缺少一项，此定义　 8式 7式分在为　
∑ （一　）（　一 o t t KR R）　　
I（9 ）到 10C时， 0￣ a＝20 ．0×1　o At 间隔， 0 C～，等分别等于 1 2 o 5C、0C、0C、0C．
计算得　C\1 ￣ 2 ￣ 3 ￣用 7 式 o C、 o 即 8 式引入了一个理论误差．
比较可知，到的固体线膨胀系数越大， △￡用 7 式计算得到的固体线膨胀系数的非线性效应就越大 .但 8 式得到的固体线膨胀系数比7得到的固体线膨胀系数大，采温相隔间隔越越大，且 8 式得到的固体线膨胀系数误差就越大．　
这种非线性并不明显，实验中其他系统误差均大于这个理论误差，人们为了简便计算，常常用简化的等效平均值代替客观真值，其结果不失科学性．　
结论　　针对现行大学物理教材中固体线膨胀系数的定义，以光杠杆法测定固体线膨胀系数为例，对测量原理进行了详细地分析，到了多组测量数据得计算线膨胀系数的理论公式 7 同时提出实验中，人们往往忽略采温间隔 △￡的大小，常利用 8式计算，给实验结果带来一定的理论误差．分析发现 △￡大，计算得到的固体线膨胀系数越用 7式,不同 △￡条件下用（7式计算得到的固体线膨胀系数的非线性效应就越大．
因此，在实验过程中该尽量使 △￡小．在假设固体线膨胀系数为常量的前提下 ,用 7式计算得到的固体线膨胀系数就具有一定的非线.　

回答（5）：

主要误差来源

①
若样品总成安装不当，如固定端固定不牢，滑动端样品与样品封头之间联结松动等，均会引起较大误差，发现此类问题应想办法解决，如有困难可请老师协助处理。

②
滑动端与水套的摩擦会给固定端一个反向作用力，使固定端产生微小位移引起误差。样品与水套的膨胀系数不一致，也会使它们之间产生摩擦，并使样品产生微小弯曲形变引起误差，此类误差一般很小。

③ 数字千分表、温度传感器及测量仪本身的误差，此项误差一般小于1%。

④ 测量过程中外力使固定端移动会带来较大误差，同学们应避免此类情况的发生.