(数字化综合3)迈克尔逊测量铜的热膨胀系

金属线膨胀系数的测量绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。

这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。

否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。

考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪表的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。

一．实验目的学习测量金属线膨胀系数的一种方法。

二．实验仪器金属线膨胀系数测量实验装置、FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台、游标卡尺、千分表、待测金属杆金属线膨胀系数测量的实验装置如图1所示内有加热引线和温度传感器引线图1FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台面板如图2所示图2三．实验原理材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。

线胀系数是选用材料的一项重要指标。

特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。

固体受热后其长度的增加称为线膨胀。

经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量∆L与其温度的增加量∆T近似成正比，与原长L亦成正比，即∆L = T L ∆α （1） 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。

大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔凝石英的线胀系数很小。

殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。

几种材料的线胀系数实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。

某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。

因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。

但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。

为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。

由（1）式可知，测量出1T 时杆长L （一般，杆在1T 时的长度L 可以近似等于杆在常温时的长度）、受热后温度达2T 时的伸长量∆L 和受热前后的温度1T 及2T ，则该材料在（1T ，2T ）温区的线胀系数为：α =)(12T T L L-∆ （2）其物理意义是固体材料在（1T ，2T ）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为1)(-︒C 。

干涉法测热膨胀系数【实验目的】1、 了解迈克尔逊干涉仪的基本原理。

2、 采用干涉法测量试件的线膨胀系数。

【实验原理】1、固体的线膨胀系数在一定温度范围内，原长为0L （在0t ＝0℃时的长度）的物体受热温度升高，一般固体会由于原子的热运动加剧而发生膨胀，在t （单位℃）温度时，伸长量△L ，它与温度的增加量△t （△t=t-0t ）近似成正比，与原长0L 也成正比，即：△L=α×0L ×△t （1）此时的总长是：t L ＝0L +△L （2）式中α为固体的线膨胀系数，它是固体材料的热学性质之一。

在温度变化不大时，α是一个常数，可由式（1）和（2）得tL L t L L L t 1000∙∆=-=α （3） 由上式可见，α的物理意义：当温度每升高1℃时，物体的伸长量△L 与它在0℃时的长度之比。

α是一个很小的量，附录中列有几种常见的固体材料的α值。

当温度变化较大时，α可用t 的多项式来描叙：α＝A+Bt+C 2t +……式中A ，B ，C 为常数。

在实际的测量当中，通常测得的是固体材料在室温1t 下的长度1L 及其在温度1t 至2t 之间的伸长量，就可以得到热膨胀系数，这样得到的热膨胀系数是平均热膨胀系数α：()()1212112112t t L L t t L L L -∆=--≈α （4）式中1L 和2L 分别为物体在1t 和2t 下的长度，△21L ＝2L -1L 是长度为1L 的物体在温度从1t 升至2t 的伸长量。

在实验中我们需要直接测量的物理量是21L ∆，1L ，1t 和2t 。

2、干涉法测量线膨胀系数图1 干涉法线膨胀系数原理图采用迈克尔逊干涉法测量试件的线膨胀系数如图1所示，根据迈克尔逊干涉原理可知，长度为L 1的待测试件被温控炉加热，当温度从t 1上升至t 2时，试件因线膨胀推动迈克尔逊干涉仪动镜（反射镜3）的位移量与干涉条纹变化的级数N 成正比，即：2λNL =∆ (5)式中λ 为激光的光波波长。

用迈克尔逊逊干涉仪测金属的线胀系数晏伟仁[1]物理与电子工程学院摘要材料热膨胀系数是材料的热物性之一[1]，是表征材料性质的重要特征量，尤其对材料在常温以上时线膨胀系数的测量在实际工程中更具有重要意义。

测量金属的线胀系数有多种不同的实验方法, 常用的是光杠杆法。

由于金属受热的膨胀过程是动态过程, 故此法需在动态过程中对多个数据同时进行观测, 易引起较大偶然误差, 影响了测量结果的精度。

采用迈克尔逊干涉法测量材料线膨胀系数和传统的顶杆法相比具有测量准确，测量分辨率高等优点。

关键词迈克尔逊干涉法; 线胀系数Abstract Material’s thermal expansion coefficient is the nature of material, it is mask material-nature’s important characteristic. Especially for material that measure the Line Coefficient of expansion of metal in reality has important applies in high temperature .Measure the Line Coefficient of expansion of metal has many different methods . In common use optical lever to measure it . Due to metal heated is a dynamic process , we should write down much record in this dynamic process，it is easy that cause big probable error , so use this method affect measuring-result’s precision . Take with Michelson laser interference to measure the Line Coefficient of Expansion of metal than optical lever moreaccurately, and has high precision and resolution.Key words Michelson interference；Line Coefficient of Expansion2011-12-27 科技创新实训作业[1] 晏伟仁。

铜线材热膨胀系数的理论分析和实验研究刘建科;崔永宏【摘要】The coefficient of thermal expansion of copper of face centered cubic crystal varying with temperature are investigated,and precision instruments DIL402PC thermal expansion instrument measured thermal expansion coefficient of copper in the experiment,that the expansion coefficient of the copper remained in the 2. 0836 × 10-5 °℃ between 100℃and 380℃ is founded,which is larger than that of the general measurement of instruments in the laboratory. When it is over380℃,coefficie nt of thermal expansion of copper increases linearly with temperature. The results of theoretical analysis and experimental determination remain basically consistent,which results show that the application of this theory can also explain the coefficient of thermal expansion of face-centered structure of other crystal.%分析了面心立方结构晶体铜线材的热膨胀系数随温度的变化关系。

迈克尔逊干涉仪测定金属线胀系数实验分析--升温测量和降温测量汤国富;范婷【摘要】The tiny change in length of metal thermal expansion and contraction can be measured with Michel-son interferometer,because this interferometer can measure a slightly small length with great precision. A new technique of measuring the linear expansion coefficient of metal is thus acquired. The experiment makes a heat-ing and cooling measurement. Comparison is made between the heating and cooling measurement, and the measurement errors were analyzed. The results show that the cooling measurement can effectively solve the large deviations problem in the heating method.%利用迈克尔逊干涉仪可精确测量微小长度这一特性来测定金属在一定温度变化范围内，热胀冷缩的微小长度变化，从而得到一种更加精确测量金属线胀系数的新方法。

并分别进行了升温测量和降温测量。

后经对实验结果及实验误差的对比分析，结果显示，降温测量相比升温测量，可极大地减小实验误差，提高实验精度。

【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P24-26,47)【关键词】金属线胀系数;迈克尔逊干涉仪;升温测量;降温测量;最小二乘法【作者】汤国富;范婷【作者单位】石河子大学，新疆石河子 832000;石河子大学，新疆石河子832000【正文语种】中文【中图分类】O436.1金属线胀系数是描述金属热胀冷缩的一项重要参数。

第29卷第6期2016年12月大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGEYol.29 No.6Dec.2016文章编号：1007-2934(2016)06-0081-02用迈克尔逊干涉仪测量金属的线膨胀系数侯俊江，崔景闯，林峰，林上金*，胡澄(解放军理工大学，江苏南京211101)摘要：将迈克尔逊干涉仪的精确测量和金属线膨胀系数的PID温度控制测量方法相结合，被测金属样品被加热后会发生长度的变化，从带动镜面产生微小移动，进而引起迈克尔逊光路中两束光的光程差的改变，通过干涉条纹记录温度变化时干涉条纹的变化数量，以实现对金属热胀系数的精确测量。

关键词：迈克尔逊干涉仪;线胀系数;测量中图分类号：TP212.6 文献标志码：A D〇l:10.14139/22-1228.2016.006.021线膨胀系数是表征物体热胀冷缩程度的物理 量，它仅与材料的性质有关，可以用多种方法测量 金属线膨胀系数[1-5]。

测量金属线膨胀系数的关 键是加热方式、温度控制和微小位移测量，本文利 用迈克尔逊干涉仪和金属线膨胀系数的P I D温 度控制测量方法相结合，通过P I D控制原理实现 对被测金属样品温度的精细控制，并使被测金属 样品被加热后发生长度的变化，带动镜面产生微 小移动，进而引起迈克尔逊光路中两束光的光程 差的改变，通过干涉条纹记录温度变化时干涉条 纹的变化数量，以实现对金属热胀系数的精确 测量。

1实验装置与实验原理1.1实验装置实验装置如图1所示。

待测金属样品（紫铜管）与P I D温控仪连通; 水泵提供循环水流，可加热和保温，它的自由端上 固定反射镜2,金属样品长度的变化，将带动镜面 移动，导致迈克尔逊光路中两束光的光程差的改 变，进而引起干涉条纹的变化。

1.2实验原理(1)金属线膨胀系数当固体温度升高时，晶格中质点运动加剧，相 邻质点间平均距离增加，以致晶胞参数增大，固体 膨胀。

材料热膨胀系数的测量一、实验目的1、了解测定热膨胀系数曲线对生产的指导意义2、掌握PCY型高温卧式膨胀仪和ZRPY—200热膨胀系数测定仪（低温膨胀仪）的使用和软件操作；3、掌握示差法测定热膨胀系数的原理和方法,使用热膨胀仪测量不同材料的热膨胀系数。

二．实验原理1、测量热膨胀系数的意义物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。

热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标.在实际应用中,当两种不同的材料彼此焊接或熔接时，选择材料的热膨胀系数显得尤为重要，如玻璃仪器、陶瓷制品的焊接加工,都要求二种材料具备相近的膨胀系数。

在电真空工业和仪器制造工业中广泛地将非金属材料(玻璃、陶瓷)与各种金属焊接，也要求两者有相适应的热膨胀系数;如果选择材料的膨胀系数相差比较大，焊接时由于膨胀的速度不同，在焊接处产生应力，降低了材料的机械强度和气密性，严重时会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油.如果层状物由两种材料迭置连接而成，则温度变化时，由于两种材料膨胀值不同，若仍连接在一起，体系中要采用一个中间膨胀值,从而使一种材料中产生压应力而另一种材料中产生大小相等的张应力，恰当地利用这个特性，可以增加制品的强度。

因此,测定材料的热膨胀系数具有重要的意义。

2、测量原理一般的普通材料，通常所说膨胀系数是指线膨胀系数，其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度，单位为厘米/厘米·度。

假设物体原来的长度为L0，温度升高后长度的增加量为∆L,它们之间存在如下关系：∆L╱L0＝α1∆t （1)式中，α1称为线膨胀系数，也就是温度每升高1℃时，物体的相对伸长.当物体的温度从T1上升到T2时,其体积也从V1变化为V2,则该物体在T1至T2的温度范围内，温度每上升一个单位,单位体积物体的平均增长量为βV1－V2）╱V1(T1－T2）（2)(=式中,β为平均体膨胀系数。

从测试技术来说，测体膨胀系数较为复杂。

组合干涉仪（一）实验内容：（1）按照图一搭建迈克尔逊干涉仪的光路结构。

（2）调整实验的光路，即先不放扩束镜，使光源1发出的相干光经过倾角为45度的分束镜，一束穿过分束镜后垂直落在反射镜M1上，再反射沿原光路反射至白屏，另一束反射垂直落在M2上，再反射穿过分束镜至白屏，仔细调节光路，使两束光线在白屏上形成的光点重合。

（3）调整光路后在白屏前放上扩束镜，微调扩束镜的相对位置，使干涉条纹变得清晰。

（4）改变气室的压强，如通过压强计加压，然后缓慢释放气体，观察干涉条纹的变化以及压强计示数的变化，分别记录变化值（在本次实验中由于具体操作方案未提供，故在实验中先后采用了两种测量方法，即变化相同的气压值多组测量干涉条纹的变化，还有在干涉条纹变化相同时多组测量压强值的变化）（5）完全释放气室内的气体，整理仪器。

实验数据处理与分析：1.研究空气折射率与压强的关系：（1）固定压强的变化值由原始数据可知，当在实验中固定压强变化时，多次测量干涉条纹的移动数量，并取其平均值，整理得下表一：表一：固定压强变化时干涉条纹的移动数据而在改变气室压强前后压强值分别为：P1=32 kPa , P2=16 kPa故压强变化为：Δp=16 kPa实验中空气室的长度L=0.1 m再由实验原理可知在大气压强下空气折射率n0的表达式为：000)(21P P P L m n -+=λ1)将∆P = P 1- P 2代入式1）有：002m 1P PL n ∆∆+=λ2） （其中λ为激光器产生的相干光的波长，实验中λ=635nm ） 所以由式2）可求得大气压强下空气折射率n 0为： 002m 1P PL n ∆∆+=λ=Pa kPam m591001325.1161.021063514.41⨯⨯⨯⨯⨯⨯+- =1.000289（2）固定干涉条纹的移动数目由原始数据可知，当在实验中固定干涉条纹的移动数目时，多次测量压强的变化值取其平均变化值，也能研究空气折射率与压强的关系，先整理得下表二：表二：固定干涉条纹变化时压强变化的数据（干涉条纹移动了m ∆=15，初始压强P1=32kPa ）故由表二可知当干涉条纹移动了同一数目时，气室内压强变化的平均值为： P ∆=kPa 6.1655.167.164.166.168.16=++++同样由式2）可求得大气压强下空气折射率n 0为： 002m 1P PL n ∆∆+=λ=Pa kPam m591001325.16.161.021*******⨯⨯⨯⨯⨯⨯+- =1.0002912. 大气压强下空气折射率n 0的理论值的计算查阅资料可知，通常，在温度处于15-30℃范围时，空气折射率可用下式计算： ()9,10003671.018793.21-⨯+=-tPn P t式中温度t 的单位为℃，压强P 的单位为Pa 。

干涉法测热膨胀系数【实验目的】1、 了解迈克尔逊干涉仪的基本原理。

2、 采用干涉法测量试件的线膨胀系数。

【实验原理】 1、固体的线膨胀系数在一定温度范围内，原长为0L （在0t ＝0℃时的长度）的物体受热温度升高，一般固体会由于原子的热运动加剧而发生膨胀，在t （单位℃）温度时，伸长量△L ，它与温度的增加量△t （△t=t-0t ）近似成正比，与原长0L 也成正比，即：△L=α×0L ×△t （1）此时的总长是：t L ＝0L +△L （2）式中α为固体的线膨胀系数，它是固体材料的热学性质之一。

在温度变化不大时，α是一个常数，可由式（1）和（2）得tL L t L L L t 1000•∆=-=α （3） 由上式可见，α的物理意义：当温度每升高1℃时，物体的伸长量△L 与它在0℃时的长度之比。

α是一个很小的量，附录中列有几种常见的固体材料的α值。

当温度变化较大时，α可用t 的多项式来描叙：α＝A+Bt+C 2t +……式中A ，B ，C 为常数。

在实际的测量当中，通常测得的是固体材料在室温1t 下的长度1L 及其在温度1t 至2t 之间的伸长量，就可以得到热膨胀系数，这样得到的热膨胀系数是平均热膨胀系数α：()()1212112112t t L L t t L L L -∆=--≈α （4）式中1L 和2L 分别为物体在1t 和2t 下的长度，△21L ＝2L -1L 是长度为1L 的物体在温度从1t 升至2t 的伸长量。

在实验中我们需要直接测量的物理量是21L ∆，1L ，1t 和2t 。

2、干涉法测量线膨胀系数图1 干涉法线膨胀系数原理图采用迈克尔逊干涉法测量试件的线膨胀系数如图1所示，根据迈克尔逊干涉原理可知，长度为L 1的待测试件被温控炉加热，当温度从t 1上升至t 2时，试件因线膨胀推动迈克尔逊干涉仪动镜（反射镜3）的位移量与干涉条纹变化的级数N 成正比，即：2λNL =∆ (5)式中λ 为激光的光波波长。

金属线膨胀系数的测量与分析摘要：本实验利用热传导综合实验仪，设计实验测量铜棒的线膨胀系数。

本文通过对数据进行处理、分析从而总结了实验过程中出现的问题并进行了深入的探讨，进而提出了实验的改进方法。

关键词：金属线膨胀系数；分析与改进；遇热膨胀；温度延迟The way of measuring linear expansibility and experienceanalysisAbstract: Based on comprehensive experimental apparatus, the design of heat transfer coefficient of linear expansion of brass experiment measurements. The experiment based on data processing and analysis are summarized and the problems appeared in the process of experiment, and discussed the experiment, which puts forward improving methods.Key words: Metal’s linear expansibility; Thermal expansion; Analysis and improvement; the Delay of temperature1. 引言∆时其长金属线膨胀系数测定的基本思想是金属有遇热膨胀的性质，金属温度变化t度改变量为L∆。

通过实验探讨两者之间的正相关关系，从而得出金属线膨胀系数。

虽然金属的线膨胀量非常微小，但它却能产生很强的应力，因此在建筑工程、物理测绘方面有着重要的应用。

2. 金属线膨胀系数的设计与实现•运用YJ-RZ-4A热传导综合实验仪、游标卡尺、千分尺及铜金属棒来实现金属线膨胀系数的测量。

热膨胀与线膨胀系数的测量实验热膨胀与线膨胀是研究物体在热力作用下体积或长度的变化的物理现象。

通过测量物体的热膨胀与线膨胀系数，我们可以了解物体在不同温度变化下的表现，并在实际中应用于工程和设计领域。

本文将详细解读热膨胀与线膨胀系数的测量实验，包括实验准备、实验过程以及实验的应用和其他专业性角度。

一、实验准备：1. 实验器材：- 弹簧测微计：用于测量线膨胀的细小长度变化。

- 膨胀片：带有刻度的金属片，用于测量线膨胀长度变化。

- 热循环装置或温控实验室：用于提供不同温度变化条件。

- 温度计：用来测量温度变化。

- 定时器：用于记录时间。

- 实验样品：例如金属棒、管道等。

2. 实验步骤：- 放置实验样品：选择一个物体，如金属棒，使其能够在实验中进行热膨胀或线膨胀。

- 设定温度变化范围：根据实验要求，设定温度变化范围，可以在实验室中制造不同温度的环境，或使用热循环装置进行控制。

- 定义初始状态：在开始实验之前，记录样品的初始长度或体积，并测量初始温度。

- 进行温度变化：通过调节温度控制设备或热循环装置，使环境温度逐渐升高或降低，保持相应时间间隔。

- 测量长度或体积变化：随着温度的变化，使用弹簧测微计或膨胀片等测量工具测量物体的长度或体积变化，并记录下来。

- 重复实验：根据实验需要，可重复多次以提高数据的准确性和可靠性。

二、实验过程：1. 原理与公式：热膨胀和线膨胀系数是描述物体在温度变化下变化程度的物理量。

热膨胀系数α表示单位温度变化时体积（或长度）的相对变化率，可由公式α=ΔL/(L0ΔT)计算，其中ΔL表示长度的变化，L0为初始长度，ΔT为温度变化。

线膨胀系数β则表示单位温度变化时长度的相对变化率，可由公式β=ΔV/(V0ΔT)计算，其中ΔV表示体积的变化，V0为初始体积，ΔT为温度变化。

2. 实验开始：将实验样品放置在温度控制装置或热循环装置中，并测量初始长度或体积以及初始温度。

3. 温度变化：通过控制温度，使环境温度逐渐升高或降低。

物理实验中的热膨胀测量技术热膨胀是物质在加热过程中由于温度升高而体积增大的现象。

热膨胀测量技术是一项重要的物理实验技术，广泛应用于工程、材料科学、天文学等领域。

本文将重点探讨物理实验中的热膨胀测量技术，包括一些常见的测量方法和设备。

一、扩散法测量热膨胀扩散法是一种常见的热膨胀测量方法，其原理是利用热传导的差异来测量物体的体积变化。

一般情况下，实验中会采用金属材料或陶瓷等导热性能较好的物质作为测量样品。

首先，将两个样品通过一个热传导接触面连接起来，并加热其中一个样品。

随着温度升高，加热样品会发生热膨胀，导致两个样品之间的热传导差异增大，进而使得另一个样品温度升高。

通过测量温度的变化，可以计算出样品的热膨胀系数。

扩散法测量热膨胀具有高精度、灵敏度高的优点，被广泛应用于材料研究领域。

例如，科学家们可以利用扩散法测量材料在高温下的膨胀系数，从而了解材料在不同温度下的物理性质，为材料的设计和制造提供基础数据。

二、光学干涉法测量热膨胀光学干涉法是另一种常见的热膨胀测量技术，其原理是利用光的干涉现象测量物体的位移或形变。

实验中通常采用Michelson干涉仪来进行测量。

Michelson干涉仪是一种基于干涉原理构建的测量仪器，可以将光波的干涉现象转化为位移或形变的测量结果。

在热膨胀测量实验中，研究人员会将一个样品与Michelson干涉仪相连，并将光源发出的光线照射在样品上。

由于样品的热膨胀引起的位移，导致干涉仪的干涉条纹产生变化。

通过对干涉条纹的观察和分析，可以计算出样品的热膨胀系数。

光学干涉法测量热膨胀具有非接触、无损伤、高精度等优点，适用于测量各种材料的膨胀参数。

它在材料科学、机械工程、航空航天等领域有着广泛的应用。

例如，在制造精密仪器或导航设备时，科学家可以利用光学干涉法测量材料的热膨胀，从而保证制造的产品在不同温度下能够保持稳定的性能。

三、电阻式测温法测量热膨胀电阻式测温法是利用物体的电阻随温度变化的规律来测量热膨胀的一种方法。

迈克尔逊测量铜的热膨胀一、相关术语干涉，波长，折射率，光速，位相，虚光源，光子二、实验原理借助迈克尔逊干涉仪测量黄铜的热膨胀。

当环境温度的改变会带来固体的长度变化，从而导致干涉仪的其中一路的光程发生变化，从而引起干涉条纹的吞吐三、实验设备光学平台氦氖激光调整支架反射镜干板夹 5:5的分束器 f=20mm的透镜白屏带测试杆的加热设备电源数字万用表热电偶数字式温度测量仪四、设备搭建如下图用分离元件搭建迈克尔逊干涉仪，其中一个反射镜镜与待测的金属杆相连，当环境温度变化时，即将光程差引入光路。

――开始时透镜L不需要放入光路中。

――使用M1和M2，调整光路，使光线沿y、x轴传播。

――中间装有黄铜杆的加热装置已固定在磁性基座中，它的一端旋上的是平面镜M3.另一端是与加热电源相连，在调整光路的过程中，不许开启加热电源，以免温度过高，对人身和仪器造成伤害。

――将加热装置放置到干涉仪的光路中。

平面镜M3应与光线垂直，且反射到M2上的光点与原有的光点重合。

――放置分束镜BS，其金属面朝向M2，使一部分光沿原方向入射到镜M3，另一部分沿垂直方向入射到镜M4。

――对M4进行细调。

使光屏上的光点重合。

――放置扩束镜L，在屏上应该显示出干涉环，微调M4，使干涉图样中的圆环中心位于光场的中心。

――将热电偶的探头保护套旋下，并将探头从样品的后端插入，要保证其插入到位。

小心！探头受力后易变形。

――开启加热电源，调节电压，控制串入的数字万用表上所显示的电流值，保证电流值为0.8A。

此时，显示样品温度在上升。

――观测热电偶的温度值，要求最高温度不超过45℃ ，然后关闭电源，停止加热，一直要等到显示的温度值呈现下降的趋势。

――当数字温度计显示一个新值时（如40℃），即可以对条纹的改变量（最大20～30）开始计数，直到另外一个温度值。

记录下温度的变换范围和相应的条纹改变值。

要求记录5组数据。

――实验结束后，将热电偶的探头从样品的后端移出，并旋上保护套。

迈克尔逊干涉实验实验前请认真阅读本要点：（1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。

测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验容1。

注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。

仿真实验位于：桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验 v2.0（第二部分），其中大学物理仿真实验 v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版 v2.0（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。

（2）实验容1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。

2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规记录实验数据及已知参数等。

3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。

4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。

（3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。

根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。

（4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。

（一些问题详见附录4 疑难解答）测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。

基于迈克尔逊干涉仪测金属线胀系数张定梅;蒋再富;孙宪钢【摘要】金属线胀系数的测量是大学物理实验中一个重要的实验项目,提出一种新的结合迈克尔逊干涉仪测量金属线胀系数的新方法.利用迈克尔逊干涉仪可以测量微小长度的特点,测定金属在环境温度变化时细微的伸长量,通过高速摄像机记录干涉条纹变化的个数,并且利用常用的视频编辑软件premiere对干涉条纹的变化进行了数字化的处理,避免了迈克尔逊干涉仪同心圆形环条纹数变化太快而引起的测量误差,大幅度提高了测量精度,是光学和热学实验的有机的结合.【期刊名称】《实验室科学》【年(卷),期】2018(021)004【总页数】3页(P20-22)【关键词】激光干涉;金属线胀系数;迈克尔逊干涉仪【作者】张定梅;蒋再富;孙宪钢【作者单位】荆楚理工学院数理学院, 湖北荆门 448000;荆楚理工学院数理学院, 湖北荆门 448000;荆楚理工学院数理学院, 湖北荆门 448000【正文语种】中文【中图分类】O4热胀冷缩是物体的一种固有属性，是衡量物质特性的一项重要指标，大到航空航天中的飞行器制造，小到金属螺丝钉加工都必须考虑金属的冷热膨胀性质。

对于不同材料构成的物质，在一定的温度变化条件下，它沿各个方向膨胀的长度略有不同，但对于各向同性的物体中沿各个方向的膨胀系数相同。

金属线胀系数是金属热胀冷缩特性的衡量参数，线胀系数的测量是大学物理实验中最基本的热学实验，实验的关键在于如何精确测出随温度变化时的金属棒的长度的改变量，由于改变量为微米量级，这给实验带来了难度。

通常采用的测量方法有光杠杆法[1]、光的干涉法[2-4]、传感器探测法等[5-6]。

本文在以前的研究基础上[7-10]，结合本校实验室现有的实验条件，用迈克逊干涉仪和高速摄像机更准确地测量金属随温度升高时的伸长量，该方法原理简单，实验误差相对较小。

1 实验装置及原理迈克尔逊干涉仪因为具有精密的螺杆传动系统而具有较高的测量精密度，通常可以用来测量微小长度，光路如图1所示，其中P1、P2分别为分光板和补偿板，二者在制造的时候相互平行，并且厚度与折射率均相同。

热膨胀系数测定实验报告篇一：固体热膨胀系数的测量实验报告固体热膨胀系数的测量班级：姓名：学号：实验日期：一、实验目的测定金属棒的线胀系数，并学习一种测量微小长度的方法。

二、仪器及用具热膨胀系数测定仪(尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计等)三、实验原理1．材料的热膨胀系数线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。

在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了△L,则有?L?L??L?t2?t1?（1） Lt 2 ?t 1 （2）??此式表明，物体受热后其伸长量与温度的增加量成正比，和原长也成正比。

比例系数称为固体的线胀系数。

一般情况下，固体的体胀系数为其线胀系数的3倍。

2．线胀系数的测量在式（1）中△L是个极小的量，这样微小的长度变化，普通米尺、游标卡尺的精度是不够的，可采用千分尺、读数显微镜、光杠杆放大法、光学干涉法等。

考虑到测量方便和测量精度，我们采用光杠杆法测量。

光杠杆系统是由平面镜及底座，望远镜和米尺组成的。

光杠杆放大原理如下图所示：当金属杆伸长△L时，从望远镜中叉丝所对标尺刻度前后为b1、b2，这时有：带入（2）式得固体线膨胀系数为：b2?b1?L?2Dl?L??b2?b1?l2D??l?b2?b1?l?k2DLt2?t12DL四、实验步骤及操作1.单击登陆进入实验大厅2.选择热力学试验单击3.双击固体热膨胀系数的测量进入实验界面4.在实验界面单击右键选择“开始实验”5.调节平面镜至竖直状态6.进行望远镜调节，调节方位、聚焦、目镜是的标尺刻线清晰，调节中丝读数为0.0mm,并打开望远镜视野7.单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止8.单击卷尺，分别测量l、D，9．以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率。

10.代入公式计算线膨胀系数值。

金属线膨胀系数的测量绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。

这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中，都应考虑到。

否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。

考虑失当，甚至会造成工程的损毁，仪表的失灵，以及加工焊接中的缺陷和失败等等。

一．实验目的学习测量金属线膨胀系数的一种方法。

二．实验仪器金属线膨胀系数测量实验装置、FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台、游标卡尺、千分表、待测金属杆金属线膨胀系数测量的实验装置如图1所示内有加热引线和温度传感器引线图1FT-RZT-I 数字智能化热学综合实验平台面板如图2所示图2三．实验原理材料的线膨胀是材料受热膨胀时，在一维方向的伸长。

线胀系数是选用材料的一项重要指标。

特别是研制新材料，少不了要对材料线胀系数做测定。

固体受热后其长度的增加称为线膨胀。

经验表明，在一定的温度范围内，原长为L的物体，受热后其伸长量∆L与其温度的增加量∆T近似成正比，与原长L亦成正比，即∆L = T L ∆α （1） 式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数（简称线胀系数）。

大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，殷钢、熔凝石英的线胀系数很小。

殷钢和石英的这一特性在精密测量仪器中有较多的应用。

几种材料的线胀系数实验还发现，同一材料在不同温度区域，其线胀系数不一定相同。

某些合金，在金相组织发生变化的温度附近，同时会出现线胀量的突变。

因此测定线胀系数也是了解材料特性的一种手段。

但是，在温度变化不大的范围内，线胀系数仍可认为是一常量。

为测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。

由（1）式可知，测量出1T 时杆长L （一般，杆在1T 时的长度L 可以近似等于杆在常温时的长度）、受热后温度达2T 时的伸长量∆L 和受热前后的温度1T 及2T ，则该材料在（1T ，2T ）温区的线胀系数为：α =)(12T T L L-∆ （2）其物理意义是固体材料在（1T ，2T ）温区内，温度每升高一度时材料的相对伸长量，其单位为1)(-︒C 。

组合干涉仪实验内容（一）干涉测量技术是一种利用光的干涉现象来测量某些物理量的微小变化的技术,一般情况下,它是将一束光通过光学元件分为两束,一束作为参考光,另一束作为测量光,测量光落在被测物体上或通过被测样品,然后再将这两束光重新拟合,利用干涉图形的变化,检查出目标某个物理量的微小变化.这种测量方法由于大多采用高稳定度的、长相干的激光作为光源，因此一般都具有大量程、高分辨率、高精度、对目标影响小的特点，被广泛应用在国民经济的各个领域。

该技术在实际应用中，根据使用环境和要求的不同，往往采用不同的光路结构。

本实验主要搭构三种较为常见的光路结构，组成①迈克尔逊干涉仪，②马赫-曾德尔干涉仪，③萨格奈克干涉仪，以熟悉它们的结构和特点。

实验目的1.熟悉三种干涉仪结构；2.研究空气折射率与压强的关系。

实验原理1.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊（Michelson）干涉仪作为一种十分古老的干涉仪，于1880年由迈克尔逊发明，并主要由此于1907年获得诺贝尔奖金。

迈克尔逊干涉仪基本光路结构如图1，常被用来测量物体的微小位移变化。

从光源1发出的一束相干光经分束镜2一分为二，分为两束。

一束透射光落在反射镜M1上，另一束反射光落在发射镜M2上，M1、M2分别将这两束光沿原路反射回来，在分束镜1上重合后射入扩束镜3，投影在白屏4上，如果我们对光路调整的合适，将在白屏上看到一系列的明暗相间的干涉条纹，这些干涉条纹会随着M1或M2的移动而移动，且非常敏感，只要反射镜移动半个波长，干涉条纹就移动一个周期，而光波长一般都在微米量级，因此它具有很高的灵敏度和分辨率。

2.马赫-曾德尔干涉仪马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪的光路结构如图2所示, 从光源1发出的一束相干光经分束镜2一分为二，分为两束。

一束透射光落在反射镜M1上，另一束反射光落在发射镜M2上，M1、M2分别将这两束光反射至分束镜3上,并使这两束光重合,进入扩束镜4，如果调整合适，我们可在扩束镜后的白屏5上看见一系列明暗相间的干涉条纹。