用电子散斑干涉法测量材料热膨胀系数
干涉法测线膨胀系数
干涉法测线膨胀系数
一 实验目的
1、了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法.
2、测量半导体激光的波长.
3、用干涉法测量线胀系数.
二. 实验仪器
YJ-GXP-Ⅱ干涉法线胀系数测定仪
三.
实验原理
1、YJ-GXP-Ⅱ干涉法线胀系数测定仪的结构
2、YJ-GXP-Ⅱ干涉法线胀系数测定仪的面板
六. 思考题
在迈克尔逊干涉仪中是利用什么方法产生两束 相干光的？
七．数据记录及处理
L Lt
为了测量线胀系数，我们将材料做成条状或杆状。 由（1）式可知，测量出t1时杆长L，受热后温度达到t2时 的伸长量L和受热前后的温度t1及t2，则该材料的线胀系 数为
L Lt 2 t1
ห้องสมุดไป่ตู้
四. 实验内容和步骤
1 、仪器调整 （1）如图1所示,连接好加热盘电缆线；待测金属棒置于加热 盘中,加热盘放于环氧树脂底板上, 1:1杠杆装置的一端顶住 反光镜M2,另一端顶住待测金属棒; 待测金属棒的另一端顶住 尖顶. （2）打开电源开关点燃半导体激光器，使光源有较强的而且 均匀的光入射到分光板上. （3）调节千分尺，移动动镜M1，使M1到分光板的距离M1G1与动 镜M2距G1的距离M2G1接近相等. （3）使激光束大致垂直于M2，取下扩束器,可看到两排激光光 点，每排都有几个光点，调节M2背面的二个螺丝，使两排中 两个最亮的光点重合，如果经调节两排中两个最亮的光点难 以重合，可略调一下镜背面的螺丝，直至其完全重合为止， 这时M1与M2处于相互垂直状态，M1与M′2相互平行，安放好扩 束器,这样迈克尔逊干涉仪的光路系统调整完毕.
2). 线胀系数的计算
L Lt 2 t1
利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数实验报告
4) 样品平台：光源支架底部有一圆形平台，用于放置样品或电炉， 其底部有三个脚a、b、c，高低可调，见图5中的可调节圆盘。 5) 数字式温度计：用于测量样品的温度。 6) 卷尺、直尺：测量计算楔角时的d及H。 7) 毛巾、水盆、镜头纸等。
2. 实验过程 实验1：测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数
T-降 0.99943 -2.311±0.013 83.8±0.1
加水冷却记录：
降温过程中，在时加水冷却，在~和之间各进行了一次吸水加水
的过程；降温过程中，在时加水冷却，在~之间进行了一次吸水加水
的过程；所有的加水均加到约5.5cm水深处，吸水均吸到4cm水深
处。
3) 不确定度的估计
由(7)式计算得：、；
以上停止记录。
5) 样品自然冷却过程中继续观察并记录条纹移动的级数及所对应的
温度，到达一定的温度时加入冷水加速冷却，并记录加入冷水时的
温度。（记录时的标准选取尽量相同）
6) 控制水量及加热时间与前面相同，将激光射入样品的a区使得反射
光屏上出现干涉条纹光斑，重复以上步骤记录相应的实验数据。
7) 控制实验的条件，水量、加热时间、是否自然冷却、加水冷却时
表格 4：楔角测量实验数据 项目
89.4
3.00
3.05
3.05
3.05
3.00
89.5
3.50
3.40
3.50
3.50
3.50
由单次及多次测量不确定度的关系得：
其中： (12)
对、带，到(10)中均有：； 对、有：，； 对将及带入(12)式得：，带入(11)得：； 对将及带入(12)式得：，带入(11)得：； 故对：，； 对：，。 由(4)式得：的楔角，的楔角。 利用、的不确定度取极值来计算的不确定度，从而得到的不确定度；由 不确定度的传递公式： 故：； 所以：； 综上得，
利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数实验报告
光斑，用纸挡在样品玻璃B、，消失的条纹是由下
表面反射；转动样品使得A、B、C三个光斑处于同
一水平面上以保证d和H相垂直。
图6:楔角测量整体示意图 图6:楔角测量整体示意图
3) 用卷尺测量出高度H，直尺测量出d，重复调节测量5次并记录相
应的实验数据
4、 实验结果
实验1：测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数
(7)
由此计算得：、；
故：、。
，由不确定度传递公式：
(8)
(9)
由(8) (9)两式计算得：、；
故：、
第二组数据
1) 实验条件：两组实验均加入4cm水深的水，并对加热时间、自然
降温时间、总降温时间及加水降温时水的温度进行记录。
2) 线性拟合：与第一组的拟合方式相同，图像均为直线，不再列
出。拟合结果如下：
像：
图7a：T-m1升温过程拟合图像 图7a：T-m1升温过程拟合图像 图7b：T-m1降温过程拟合图像 图7b：T-m1降温过程拟合图像 图7c：T-m2升温过程拟合图像 图7c：T-m2升温过程拟合图像
图7d：T-m2降温过程拟合图像
拟合结果如下：（拟合均取之间的数据）
表格 2：第一组数据实验结果
测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数
摘要：本实验基于条纹移动数与温度的线性关系，利用激光干涉法对玻璃的热膨胀系数及折射 率温度系数进行定量测量，线性拟合后由结果分析实验所存在的系统误差，确定自然冷却降温 法为最理想的实验条件，该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰，自然降温法获得的 数据线性良好，较为准确。 关键词：热膨胀系数 折射率温度系数 激光干涉法 楔角 自然冷却
的温度等等，分析实验数据已得到较为理想的实验条件。
利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数PPT课件
0
25.9
5
26.6
10
27.7
（1）不加水加热的实验数据 15
28.2
20
29.1
25
30
30
30.9
35
31.8
40
32.7
45
33.7
50
34.6
55
35.6
60
36.6
65
37.6
70
38.6
75
39.6
80
40.6
85
41.6
90
42.6
95
43.7
100 44.7
105 45.8
110 46.9
1 87.2 2 83 3 79 4 75 5 71.1 6 67 7 63.1 8 59 9 54.9 10 50.9 11 46.8 12 42.8 13 38.5 14 34.3
6
实验结果
• 加热：斜率为4.08，回归系数为0.99738， 计算得热膨胀系数β=7.80*10-6 K-1
• 计算得不确定度0.1*10-6K-1，所以加热测得 的热膨胀系数为（7.8±0.1）*10-6K-1
20
64.6
87
94
22
66.8
89
94.3
24
68.9
91
94.6
26
70.8
93
94.7
28
72.4
94
94.8
30
73.8
96
94.9
32
76.4
100
95.1
34
77.6
102
95.3
36
78.8
选做-干涉法测量金属的线膨胀系数剖析
选做-干涉法测量金属的线膨胀系数剖析
干涉法是一种常用的光学测量方法，可用于测量物体表面形态、薄膜厚度、光学模式等。
此外，干涉法还可以用于测量金属材料的线膨胀系数，从而剖析金属的热膨胀特性。
在测量金属的线膨胀系数时，首先需要获得金属材料的表面形态变化，利用干涉法可在金属表面上形成干涉条纹，从而反映出金属的形态变化情况。
当金属受热时，其温度升高，长度也随之增加，这种长度的增加导致光程差的改变，从而使干涉条纹发生移动。
通过测量干涉条纹移动的距离和温度变化量，就可以计算出金属的线膨胀系数。
1、实验器材
干涉仪、热源、温度计、计时器、样品支架等。
2、实验步骤
（1）在试验前将待测金属样品切割成长度为30-40 mm左右、直径为10 mm左右的细棒，并将其磨光准备好。
（2）将磨好的样品固定在样品支架上，并将支架放置在干涉仪的工作台上。
（3）调整干涉仪的镜子，使其成为一组平行光。
（4）打开热源，将其放置在待测金属样品旁边，使其加热。
（5）当待测金属样品的温度达到一定程度时，干涉条纹会出现移动，此时需使用计时器记录干涉条纹的移动时间，并使用温度计测量待测金属样品的温度。
（6）根据干涉条纹移动的距离和温度变化量，计算出金属的线膨胀系数。
金属的线膨胀系数是金属材料的基本物理参数之一，常常用于研究金属在温度变化时的形态变化和性能变化。
利用干涉法测量金属的线膨胀系数可以更加准确地研究金属的热膨胀特性，并且可以用于优化金属材料的设计和制造。
同时，干涉法还可以应用于其他领域，如测量液体的密度、薄膜厚度等。
干涉法测线膨胀系数
2、干涉法测线膨胀系数原理 反射镜M1
反射镜M2
补偿板G2 观 察 屏
分光板G1
8
2、干涉法测线膨胀系数原理 M2
M'2
M1
δ
L 光程差△=2L
△=
k (k 0，1，2,...)
干涉加强，亮纹
(2k 1) (k 0，1，2...)
2
干涉减弱，暗纹
9
2、干涉法测线膨胀系数原理
干涉条纹的变化规律
条纹冒出
L
条纹陷入
2L =kλ，L增大，k增
大，反之亦然；
条纹每冒出（或陷入）一 条，光程就改变一个波长
10
2、干涉法测线膨胀系数原理
据2L =Nλ
11
3、小结
（1） 固体线膨胀特性由线膨胀系数α来描述；
L • 1
L T
（2）通过光学干涉法测量受热伸长量△L：
受热伸长量△L 干涉条纹变化N
L N
1、线膨胀系数简介
假设固体在温度T0时长L，受热后温度达到 T1时的一维方向伸长量为L，则有：
上式α就是线膨胀系数，描述固体材料的膨胀
特性。 例如：铁为1.2×10-5 °C-1。如何测量L？
5
问题：微小形变量怎么测？
微 小 形 变 量
6
2、干涉法测线膨胀系数原理
为了方便测量线膨胀系数，我们将固体材料 做成条状或棒状，置入加热盘中，加热后测轴向 伸长量。
主讲人：***
内容导航
线膨胀系数简介 干涉法测线膨胀系数原理
小结与思考
2
1、线膨胀系数简介
空隙
铁轨
铁轨受热变形
固体受热在一维方向上的伸 长称为固体线膨胀。
3
干涉法测量金属的热膨胀系数-讲义
干涉法测量金属的线膨胀系数固体的线膨胀是指固体受热时在某一方向上的伸长。
这种特性是工程结构设计、机械和仪表制造、材料加工中要考虑的重要 因素。
在相同条件下，不同材料的固体线膨胀的程度不同。
各种材料膨胀特性用线膨胀系数（简称线胀系数）来描述。
线胀系数是选用材料的一项重要指标，实际中经常要对材料线胀系数做测定。
对于金属材料，温度变化引起长度的微小变化比较微小,一般采用光杠杆、光的衍射法等进行精确测量。
本实验中利用干涉法测量金属棒的热膨胀系数。
一、实验目的1．观察物体线膨胀现象，学会测量金属的线胀系数. 2．掌握应用迈氏干涉仪测量物体长度微小变化的方法. 二、实验仪器SGR —1型热膨胀实验装置、游标卡尺、铜棒、铝棒. 三、工作原理在不太大的温度变化范围内，原长为l 0的物体，受热后其伸长量l ∆与其原长l 0、温度的增加量t ∆近似成正比，即0l l t α∆=⋅⋅∆ （1）式中的比例系数α 即称为线胀系数，它表示当温度升高1℃时固体的相对伸长量。
由上式可得ll tα∆=⋅∆ （2）不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，石英玻璃线胀系数很小。
线胀系数是选用材料的一项重要指标。
附表中列出几种物质的线胀系数值，对应有一个温度范围。
表1 几种材料的线胀系数实验指出，同一材料在不同的温度区段，其线胀系数是不同的，但在温度变化不大的范围内，线膨胀系数近似是一个常量。
线膨胀系数的测定是人们了解材料特性的一种重要手段。
在本实验中我们用SGR-1型热膨胀实验装置测量金属棒在20℃～50℃范围内的线膨胀系数，其工作原理是基于光干涉法来进行微小长度量的测量，其光路图见图1所示。
从He-Ne 激光器出射的激光束经过分束器（半反镜）后分成两束，分别由两个反射镜：定镜和动镜反射回来，由于分束器的作用两束反射光在观察屏上会相遇并形成明暗相间的同心环状干涉条纹。
长度为l 0的待测固体试件被电热炉加热，当温度从t 0上升至t 时，试件因受热膨胀，从l 0伸长到l ，同时推动迈克耳孙干涉仪的动镜，使干涉条纹发生N 个环的变化，则l - l 0 = Δl = N2λ（3）数显温控仪扩束器观察屏分束器定镜 M 1石英垫转向镜 M 2测温探头电热炉石英管动镜试样He-Ne 激光器图1而线膨胀系数00()ll t t α∆=- （4）所以只要测出某一温度范围的固体试件的伸长量和加热前的长度，就可以测出该固体材料的线膨胀系数。
干涉法测线胀系数
【实验目的】
1.了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法；
2.测量半导体激光的波长；
3.用干涉法测量线胀系数。
【实验原理】
1.请画出迈克尔逊干涉仪的光路。
2.写出由原理推导出的公式。
【实验仪器】
【实验内容】
【注意事项】
【实验原始数据】
1.激光的波长
测量次数
初始位置
1
2
3
4
5
6
干涉环变化数
30
30
30
30
30
30
L
2.线胀系数
待测
次数
T1
T2
1
50
50
2
50
3
50
4
50
【实验数据处理】
1.计算激光的波长（要求有计算过程）
2.计算金属的线胀系数（要求有计算过程）
3.实验结果
【思考题】
【实验拓展】
【实验小结】
【实验题目】如何测量材料的线膨胀系数班级姓名学号
教师姓名上课日期2014年月日教室7教B段房间座位号
（以上信息请根据网络选课页面填写完整。）任课教师签字：最终成绩：
【预习要点】
1.阅读教材相关内容。
2.影响线胀系数的因素。
3.迈克尔逊干涉仪的光路原理。
4.游标卡尺、螺旋测微仪的读数方法。
5.实验方法。
物理实验中的热膨胀测量技术
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。
干涉法测热膨胀系数
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。
干涉法测热膨胀系数
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。
由干涉法测材料线膨胀系数的装置[实用新型专利]
![由干涉法测材料线膨胀系数的装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/28a3b12cbb4cf7ec4bfed07c.png)
专利名称：由干涉法测材料线膨胀系数的装置专利类型：实用新型专利
发明人：王培玉,张金凤
申请号：CN89206887.6
申请日：19890505
公开号：CN2053326U
公开日：
19900221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种由于干涉法测材料线膨胀系数的装置。
它主要由光源、光学干涉系统、干涉检测部件、测温和控温器件以及记录器件等构成。
该装置的主要特点是测量准确，可测量小膨胀系数材料，同时还可对厚度极薄的金属薄片试样的线膨胀系数进行测量。
本实用新型所述装置的测量范围可高至600℃左右，它可由计算机进行数据收集、处理及输出，从而实现了测量的自动化。
申请人：上海钢铁研究所
地址：上海市吴淞泰和路1001号
国籍：CN
代理机构：上海专利事务所
代理人：吴俊
更多信息请下载全文后查看。
利用电导法测量材料的热膨胀系数的实验方法
利用电导法测量材料的热膨胀系数的实验方法导言：材料的热膨胀系数是描述材料在温度变化下由于热胀冷缩而导致体积变化的物理量，是材料工程中一个重要的参数。
准确测量材料的热膨胀系数对于工程设计和材料选择都具有重要意义。
本文将介绍利用电导法测量材料热膨胀系数的实验方法。
一、实验原理热膨胀是物质在温度变化下体积变化的现象。
利用电导法测量材料的热膨胀系数的基本原理是根据材料的热膨胀引起电阻变化的规律来测量热膨胀系数。
当材料受热膨胀或降温时，其电阻也会发生相应的变化，通过测量电阻的变化可以得到材料的热膨胀系数。
二、实验所需设备和材料1. 电阻箱：用于控制电流的大小。
2. 电流表：用于测量电流的强度。
3. 温度控制设备：例如恒温水浴或炉子。
4. 测量电阻的仪器：例如万用表或电阻测量仪。
5. 待测材料。
三、实验步骤1. 准备工作：a. 将待测材料切割成合适的尺寸和形状，保证材料表面光洁。
b. 测量待测材料的初始长度和初始电阻。
2. 实验装置搭建：a. 将待测材料固定在实验装置中，确保待测材料的固定位置稳定。
b. 将电阻箱、电流表和测量电阻的仪器与待测材料连接好。
3. 开始实验：a. 将待测材料放入温度控制设备中（如恒温水浴或炉子），并将温度调整到初始温度。
b. 测量待测材料的电阻，并记录下来。
c. 调整温度控制设备中的温度，使其升高或降低到设定的温度。
等待待测材料达到新的温度稳定。
d. 测量待测材料的电阻，并记录下来。
e. 重复步骤c和d，直到待测材料的温度范围达到实验要求。
四、数据处理通过实验测得的电阻数据和温度数据，可以通过以下公式计算材料的热膨胀系数：α = (R2 - R1) / (R1 × T2 - R2 × T1)其中，α表示热膨胀系数，R1和R2分别表示待测材料在温度T1和T2下的电阻值。
五、注意事项1. 实验过程中要注意安全，避免触电和热伤害。
2. 待测材料选择应符合实验要求，尽量减少外界因素对测量结果的干扰。
各种材料的热膨胀特性测量及分析
研究目的：探讨热膨 胀特性与其他性能之 间的关系，为材料设 计和应用提供依据
研究方法：实验测 量、理论分析、数 值模拟等
研究内容：热膨胀 特性与力学性能、 电性能、磁性能等 之间的关系
研究展望：深入研究 热膨胀特性与其他性 能的相互作用机制， 为材料设计和应用提 供更全面的指导
热膨胀特性在跨学科领域的应用研究
材料科学：研究热膨胀特性对材料性能的影响，如强度、硬度等 电子工程：研究热膨胀特性对电子器件性能的影响，如稳定性、可靠性等
航空航天：研究热膨胀特性对航空航天器性能的影响，如耐热性、耐腐蚀性等
环境科学：研究热膨胀特性对环境变化的影响，如气候变化、海平面上升等
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电子测量法：通过测量材料在不同温度下的电子性质（如电 子迁移率、电子亲和力等）的变化来计算热膨胀系数
热膨胀系数测量的影响因素
温度：温度变化对热膨胀系数有显著影响，需要精确控制 湿度：湿度变化会影响材料的吸水性，从而影响热膨胀系数 加载速率：加载速率会影响材料的应力状态，从而影响热膨胀系数 测试环境：测试环境的温度、湿度和压力等都会影响热膨胀系数的测量结果
陶瓷材料的热膨胀特性
陶瓷材料是一种重要的工程材料， 具有很高的热稳定性和化学稳定性。
陶瓷材料的热膨胀系数通常较低， 但会随着温度的升高而逐渐增大。
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陶瓷材料的热膨胀特性与其化学组 成、微观结构和生产工艺密切相关。
陶瓷材料的热膨胀特性对其应用领 域有重要影响，如陶瓷基复合材料、 陶瓷电子器件等。
在工程结构中的应用
材料热膨胀特性在桥梁建设中 的应用
材料热膨胀特性在隧道建设中 的应用
材料热膨胀特性在道路建设中 的应用
实验介绍 利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数.ppt
化钾）的吸收光谱，并分别算出硫酸铜和铁氰 化钾浓度。 • 测量不同波长滤色片的透射光谱。
单色仪内部结构
单色仪光学原理图 M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅
S1入射狭缝、S2观察口1、S3 观察口2
多功能光栅光谱仪(单色仪)
多功能光栅光谱仪内部结构
光栅及反射镜
准光镜和物镜
实验内容
• 光谱仪调节。 • 测量不同光源光谱的发射光谱，比较研究不同
入射缝和出射缝大小时对光谱谱线的影响。 • 测量硫酸铜溶液吸收光谱，并算出其最大吸收
色散率Ｄ D d K d d cos
分辨率R
R
R KN
n =3
n =4
n =5
可见光区域氢光谱谱线称为巴尔末线系，其分布 规律为：
1
4, 5……
里德伯常量 RH 1.0973731534107 m1
掠入射法测量三棱镜折射率以及液体折射率
三棱镜色散率曲线的测量
分光计，三棱镜，发光二极管， 透镜，小型单色仪等
色散率 dn
d
小型单色仪
光谱仪的应用
光谱
• spectrum : "image" or "apparition “
• Light intensity or power, frequency or wavelength
• Sound waves • Any signal
玻璃样品
加热装置
光源支架及样品平台
实验内容
• 测量玻璃的热膨胀系数β和折射率温度系数γ • λ = 632.8nm，L = 10.12±0.05mm，平均折射率
物理实验技术中的材料热膨胀性能测试方法与实验技巧
物理实验技术中的材料热膨胀性能测试方法与实验技巧引言：材料热膨胀性能是一个重要的物理特性，它对于工程设计和材料选择具有重要意义。
准确测量材料的热膨胀系数可以帮助我们更好地了解材料的性能，并在实际应用中做出更科学合理的决策。
本文将介绍几种常用的材料热膨胀性能测试方法，以及一些实验技巧，希望能为相关领域的研究和工作提供一些参考。
一、线膨胀方法线膨胀法是一种常用的测量材料热膨胀性能的方法。
它的原理是利用材料在温度变化下线膨胀的特性来间接计算热膨胀系数。
实验时，将待测材料固定在一定长度的测量系统中，使其能够自由膨胀。
然后通过改变温度，测量样品长度的变化，并根据膨胀量与温度的线性关系计算热膨胀系数。
在实施线膨胀实验时，需注意以下几点：1.1 选择合适的温度范围：要保证材料在所选温度范围内具有线性热膨胀特性，避免材料出现非线性的异常行为。
1.2 保证测量系统的稳定性：测量装置应具有较高的稳定性和精确度，避免外界因素对测量结果的干扰。
1.3 考虑材料的热辐射效应：在高温条件下，材料可能会受到辐射加热，从而导致测量结果偏差。
因此，在实验过程中需注意减小热辐射效应的影响。
二、光栅法光栅法是一种利用光学原理测量材料热膨胀性能的方法。
它基于材料在温度变化下会产生光学路径长度的变化，通过测量光栅干涉图形的变化来计算材料的热膨胀系数。
在进行光栅法实验时，可以采用以下实验技巧：2.1 选取合适的光源和光电探测器：要保证光源的稳定性和光电探测器的灵敏度，以获取准确的干涉图形。
2.2 设计合理的光路：要确保光路的稳定性和精确度，避免光路偏移对测量结果的影响。
2.3 控制温度变化速率：温度变化速率应适中，避免过快或过慢导致干涉图形的失真或不稳定。
三、激光干涉法激光干涉法是一种利用激光干涉现象测量材料热膨胀性能的方法。
它通过将激光束分为两股，分别照射在待测材料的两个表面，然后测量干涉条纹的位移来计算材料的热膨胀系数。
在进行激光干涉实验时，可以注意以下几点：3.1 控制光路的稳定性：光路的稳定性对于干涉条纹的清晰度和位移的测量具有重要影响。
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此外，本文发展了新的图像处理方法并编制了相应的程序，改变了传统的、对变形前后散斑图像进行手动处理标识等位移线的方式，在实验中起到了关键性的作用。
参考文献：［１］ＬａｔｈａｍＷＰ，ＢｅｒａｕｎＪＥ．ＬａｓｅｒｅｆｆｅｃｔｓｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｍｏｄｅｌｉｎｇｔＯｓｕｐｐｏｒｔｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙｌａｓｅｒｓｙｓｔｅｍｓ［Ａ］．ＰｒｏｃｏｆＳＰＩＥ［ｃ］．２００１，４３７６：５—１４．［２３黄晨光材料热物理性能实验研究技术调研报告［Ｒ］．北京：中国科学院力学研究所．２００３．（ＨｕａｎｇＣＧ．Ｒｅｐｏｒｔ０１１ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．ＢｅｉｊｉｎｇｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ．ｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００３）［３３ＡＳＴＭＤ３５６５．Ｓｔａｎｄａｒｄｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔａｂｌｅｗａｒｅｐａｔｔｅｒｎｒｅｍｏｖａｌｂｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｉｓｈｗａｓｈｅｒｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ［ｓ］．ＡＳＴＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ．［４３佟景伟，安研．冲击载荷作用下求位移场的激光散斑干涉法及有限元法口］．实验力学，１９８９，４（１）：２３—２９．（ＴｏｎｇＪＷ，ＡｎＹ．Ｓｐｅｃｋｌｅｉｎ—ａｎｄｆｉｎｉｔｅｍｅｔｈｏｄｓｕｎｄｅｒｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇ．Ｅｘｐｅｒｉｍ啊ｔａｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ，１９８９ｔ４（１）Ｉ２３—２９）ｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ［５３张霖，徐平．王光能．激光电子散斑干涉测微小位移［Ｊ］．物理实验．１９９８．１８（５）：２４—２６．（ＺｈａｎｇＬ．ＸｕＰ，ＷａｎｇＧＮ．Ｍｉｎｉ—ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｐｅｃｋｌｅｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙｍｅｔｈｏｄ．ＰｈｙｓｉｃａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔ１９９８．１８（５）：２４２６）［６］佟景伟，张东升，李鸿琦．撞击载荷下电子散斑干涉测试方法研究［Ｊ］．中国科学Ｅ辑，１９９６．２６（２）ｚ１４５１５０．（ＴｏｎｇＪＷ，ＺｈａｎｇＤＳ，ＬｉＨＱ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｐｅｃｋｌｅｐａｔｔｅｒｎｉｎｔｅｒｌｅｒｏｍｅｔｒｙｍｅｔｈｏｄｕｎｄｅｒｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇ．Ｓｃｉ朋ｃｅｉｎＣｈｉｎａＥ，１９９６．２６（２）：１４５—１５０）［７］漆海滨，张正史．邱占武．等．应用ＥＳＰｌ研究强激光作用下金属材料的热变形［Ｊ］．强激光与粒子柬，１９９４．６（１）：１０７一ｉｉｉ（ＱｉＨＢ，ＺｈａｎｇＺＷ，ＱｉｕＺＷｔｅｔａｌＵｓｉｎｇＥＳＰＩｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｍａｔｅｄａｌｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒ．ＨｉｇｈＰｏｗｅｒＬａｓｅｒａｎｄＰａｒｔｉｃｌｅＢ洲ｓ．１９９４，６（１）。
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