光的衍射法測(cè)量金屬的熱膨脹系數(shù)

1、光的衍射法測(cè)量金屬線膨脹系數(shù)引言：金屬絲的線膨脹系數(shù)時(shí)，金屬棒的伸長(zhǎng)量比較小不易測(cè)準(zhǔn).因此測(cè)定測(cè)量金屬線膨 脹系數(shù)的裝置，都是圍繞如何測(cè)準(zhǔn)該伸長(zhǎng)量而設(shè)計(jì)的.在實(shí)驗(yàn)教材中一般采用光杠桿進(jìn)行測(cè) 量.而利用光的衍射法可以較精確地測(cè)量長(zhǎng)度變化這一特點(diǎn)，測(cè)金屬棒的伸長(zhǎng)量即可比較精 確的測(cè)量出金屬線膨脹系數(shù)。關(guān)鍵詞：光的衍射、金屬線膨脹系數(shù)、暗條紋.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬線膨脹系數(shù)的比較準(zhǔn)確的測(cè)量。2）找到一種新的對(duì)金屬線膨脹系數(shù)的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)原理:固體的長(zhǎng)度一般隨溫度的升高而增加，稱(chēng)為線膨脹。在一定溫度范圍內(nèi)，原長(zhǎng)為l的物體受熱后，其伸長(zhǎng)量l與原長(zhǎng)】和溫度的增長(zhǎng)t近似成正比，即11 t （1）1 dl

2、稱(chēng)為線脹系數(shù)，其正規(guī)定義式為1擊（2）設(shè)物體在溫度t1（單位為）時(shí)的長(zhǎng)度為1。溫度升到時(shí)，其長(zhǎng)度增加為1,根據(jù)式（1）,1可得1 L21測(cè)量線脹系數(shù)的主要問(wèn)題，是怎樣測(cè)準(zhǔn)溫度變化引起長(zhǎng)度的微小變化。實(shí)驗(yàn)時(shí)將待測(cè) 金屬棒直立在線脹系數(shù)測(cè)定儀的金屬筒中，如圖1所示，用來(lái)產(chǎn)生衍射的單縫的寬度是可調(diào) 的.我們把被測(cè)金屬棒與可動(dòng)狹縫的下刀口相連.狹縫的上刀口放置在一微凋升降裝置上.這 樣金屬棒的伸長(zhǎng)就帶動(dòng)狹縫寬度的變化，由此使衍射條紋發(fā)生變化.可以通過(guò)測(cè)量條紋間距 離的變化量來(lái)確定狹縫寬度的變化量，從而確定金屬絲的伸長(zhǎng)量。條紋間距的測(cè)量：利用光強(qiáng)分布檢測(cè)儀觀察光強(qiáng)強(qiáng)弱分布來(lái)確定某一級(jí)暗條紋在不同 溫度下

3、距離中央明條紋的距離。衍射圖樣中強(qiáng)度極小的一般公式：asin k （k =1,2,3 ） （4）a為狹縫寬度，為激光波長(zhǎng)，k為暗條紋的級(jí)數(shù)，sin可由下式計(jì)算 y y ,l、sin字Lk .x2 y2代人式（2）,有a % （6）y在加熱之前測(cè)出x、y值分別為x1 y。代人式（6可算出此時(shí)狹縫寬度ai ,當(dāng)放上不同質(zhì)量的砝碼后，測(cè)出x、y值分別為x2、y2,再代人（6）即可算出此時(shí)狹縫寬度氣，則金屬棒的伸長(zhǎng)量為】=氣 ,代入（1）求出金屬線膨脹系數(shù)。實(shí)驗(yàn)儀器 激光器、線脹系數(shù)測(cè)量?jī)x、可升降固定裝置、光強(qiáng)分布檢測(cè)儀，卷尺實(shí)驗(yàn)步驟：1）測(cè)得不加熱時(shí)的金屬棒原長(zhǎng)1。裝好裝置。2）調(diào)整好激光管、狹縫、

4、光屏問(wèn)的距離和高低、左右位置；3）測(cè)出狹縫到光強(qiáng)分布檢測(cè)儀得距離x4）將光束垂直入射到狹縫平面上，使光屏上出現(xiàn)清晰的衍射條紋；5）打開(kāi)金屬線脹系數(shù)測(cè)量?jī)x將金屬棒升溫到75C。（考慮到降溫過(guò)程較緩慢，對(duì)其降溫過(guò)程 進(jìn)行測(cè)量）。6）當(dāng)降到所測(cè)溫度時(shí)，打開(kāi)光強(qiáng)分布檢測(cè)儀，扭動(dòng)轉(zhuǎn)輪找到其中央亮條紋（此時(shí)顯示器上 的值最大）記下此時(shí)讀數(shù)七，沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)依次會(huì)出現(xiàn)兩次極小值，記下第二次的讀數(shù)。如此每次找到中央亮條紋和第二級(jí)暗條紋，依次測(cè)量5組數(shù)據(jù)。6）測(cè)完后關(guān)閉儀器。五.數(shù)據(jù)記錄- 一一二則量值（mm ） 溫度（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.數(shù)據(jù)處理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利用分組求差法：取后四組i ( H也召t4 ) l 5ct查的銅的標(biāo)準(zhǔn)值為1.71 10 5C-1。誤差:(1.78-1.71)n = 1771100%4.09%誤差分析本實(shí)驗(yàn)在儀器制作中有一些誤差，如狹縫的平行不好控制。使用光強(qiáng)分布儀時(shí)，有時(shí)稍微調(diào)過(guò)了一點(diǎn)。由于保溫不好造成測(cè)量時(shí)溫度有一定