光的衍射法测量金属的热膨胀系数

1、光的衍射法测量金属线膨胀系数引言：金属丝的线膨胀系数时，金属棒的伸长量比较小不易测准.因此测定测量金属线膨 胀系数的装置，都是围绕如何测准该伸长量而设计的.在实验教材中一般采用光杠杆进行测 量.而利用光的衍射法可以较精确地测量长度变化这一特点，测金属棒的伸长量即可比较精 确的测量出金属线膨胀系数。关键词：光的衍射、金属线膨胀系数、暗条纹.实验目的1）实现对金属线膨胀系数的比较准确的测量。2）找到一种新的对金属线膨胀系数的测量方法。实验原理:固体的长度一般随温度的升高而增加，称为线膨胀。在一定温度范围内，原长为l的物体受热后，其伸长量l与原长】和温度的增长t近似成正比，即11 t （1）1 dl

2、称为线胀系数，其正规定义式为1击（2）设物体在温度t1（单位为）时的长度为1。温度升到时，其长度增加为1,根据式（1）,1可得1 L21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。实验时将待测 金属棒直立在线胀系数测定仪的金属筒中，如图1所示，用来产生衍射的单缝的宽度是可调 的.我们把被测金属棒与可动狭缝的下刀口相连.狭缝的上刀口放置在一微凋升降装置上.这 样金属棒的伸长就带动狭缝宽度的变化，由此使衍射条纹发生变化.可以通过测量条纹间距 离的变化量来确定狭缝宽度的变化量，从而确定金属丝的伸长量。条纹间距的测量：利用光强分布检测仪观察光强强弱分布来确定某一级暗条纹在不同 温度下

3、距离中央明条纹的距离。衍射图样中强度极小的一般公式：asin k （k =1,2,3 ） （4）a为狭缝宽度，为激光波长，k为暗条纹的级数，sin可由下式计算 y y ,l、sin字Lk .x2 y2代人式（2）,有a % （6）y在加热之前测出x、y值分别为x1 y。代人式（6可算出此时狭缝宽度ai ,当放上不同质量的砝码后，测出x、y值分别为x2、y2,再代人（6）即可算出此时狭缝宽度气，则金属棒的伸长量为】=气 ,代入（1）求出金属线膨胀系数。实验仪器 激光器、线胀系数测量仪、可升降固定装置、光强分布检测仪，卷尺实验步骤：1）测得不加热时的金属棒原长1。装好装置。2）调整好激光管、狭缝、

4、光屏问的距离和高低、左右位置；3）测出狭缝到光强分布检测仪得距离x4）将光束垂直入射到狭缝平面上，使光屏上出现清晰的衍射条纹；5）打开金属线胀系数测量仪将金属棒升温到75C。（考虑到降温过程较缓慢，对其降温过程 进行测量）。6）当降到所测温度时，打开光强分布检测仪，扭动转轮找到其中央亮条纹（此时显示器上 的值最大）记下此时读数七，沿同一方向转动依次会出现两次极小值，记下第二次的读数。如此每次找到中央亮条纹和第二级暗条纹，依次测量5组数据。6）测完后关闭仪器。五.数据记录- 一一二则量值（mm ） 温度（C） ffr*、c (y)68.6125.21140.5515.3459.2125.1913

5、5.2210.0349.7125.10132.557.4540.1125.12130.415.9229.9125.09130.014.921=502.1mmx=2 m k=2 A =633nm六.数据处理69.31.6442一一一一(T1) 59.22.52450.880310.1(T2) 49.73.39860.87419.5(T3) 40.14.27700.87849.6(T4) 29.25.14640.87949.9(a4 a3 a2 a1) 1 1 78 10利用分组求差法：取后四组i ( H也召t4 ) l 5ct查的铜的标准值为1.71 10 5C-1。误差:(1.78-1.71)n = 1771100%4.09%误差分析本实验在仪器制作中有一些误差，如狭缝的平行不好控制。使用光强分布仪时，有时稍微调过了一点。由于保温不好造成测量时温度有一定