物理实验探究与创新金属线胀系数的测量 可行性报告_第1页
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陕西理工学院物理与电信工程学院第1页共3页金属线胀系数的测定金属棒的伸长率在精密仪器设计与制造的过程中是非常重要的参数。线膨胀系数是金属材料中一个非常重要的特性。一般情况下，金属受热会产生微小的膨胀，但金属微小的膨胀却能产生很大的应力。利用劈尖干涉测量金属的线膨胀系数，具有操作简便、准确性高等特点金属棒受热膨胀而发生长度变化的现象称为金属棒的线膨胀。引言：固体的长度一般随温度的升高而增加，其长度和温度之间的关系为(1)式中为温度时的长度。是和被测物质有关的常数，都是很小的值，而及以下各系数与相比甚小，所以在常温下可以忽略。则（1）式可写成(2)此处就是通常所称的线胀系数，单位是。设物体在温度时长度为，温度升到时，其长度增加，则有由此二式相比消去，得由于与相比甚小，所以上式可近似为(3)由上式可以看出，测量线胀系数的主要问题，在于怎样准确测量温度及由温度变化引起长度的微小变化，普通物理实验是利用光杠杆测，其缺陷有几点：①由于实验场地、标尺刻度的精度、望远镜和光杠杆的放大倍数所限，被测金属杆变化的长度，只能测得三位有效数字；②由（3）式有：此式表明通过增加被测金属杆的长度L，可以增加绝对变化量，但L太长会导致加热不均匀，导致温度t测不准，传统测量金属线胀系数实验L较长，存在这一问题；③对于金属，其导热系数较大，传统实验被测金属杆一端裸露在外，裸露在外一端的温度会降低，导致整个金属杆上温度不同。另外考虑到一般恒温加热器的温度也有的波动，本实验是运用单色光的劈尖干涉原理，使被测微小长度的精度提高一个数量级；利用水的冰点作为温度、利用室温作为温度的测量，消除了温度波动，保证了温度测量的准确性，从而使线胀系数的测量达到四位有效数字。先将一硬性套管垂直固定在一带有阀门的容器中，将待测金属杆和两个石英棒（线胀系数很小）叠放入套管中，然后使容器充装冰水混合物。再将一光学玻璃板与一支架连成整体，使玻璃板的一端放在另一光学玻璃板上，另一端被固联在石英棒上端一刀口稍稍顶起。调节平台调节螺丝，使两光学玻璃板迭在一起，这时显微镜将看不到干涉条纹。随后，打开容器阀门，放出冰水混合物，随着温度的升高，金属杆受热膨胀伸长，将顶起与上玻璃板连成一整体的支架，两光学玻璃板会张开一角度，见图2，形成空气劈尖。以波长为光通过显微镜下的半反射镜反射，垂直照射到劈尖上，在空气劈尖上、下玻璃板表面反射的两束光会发生干涉，显微镜视场内将看到一组与劈棱（两玻璃板的交界线）平行且间隔相等的等厚干涉条纹发生干涉的两束光的光程差为：当时，为干涉暗纹。与k级暗条纹相对应的空气的厚度为：很小接近代入（3）式得：(4)实验中，开始容器内装冰水混合物，温度为，放出冰水混合物后，温度升至室温，

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