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
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利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数
c区自然冷却和加水冷却
70
Regular Residual of Sheet1 B"温度"
加水降温 R2=0.99925 开始加水降温
加水降温残差
0.5
加水降温
60
温度 (C)
0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
50
40
-0.5
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
经过的条纹数n
80 0.3
Independent Variable 自然降温残差
近似反映了温度计与玻璃样品的温差，
即两者升温快慢差异，也是误差来源之 一。
0.3
c区自然冷却残差
0.2
a区自然冷却残差
Regular Residual of Sheet1 B"温度"
Regular Residual C"温度T"
0 5 10
0.2
0.1
0.1
0.0
0.0
-0.1
-0.1
-0.2
-0.2 0 5 10 15
0 2 4 6 8 10 12 14
0.1
温度T (K)
332 328 324 320 316
0.0
-0.1
-0.2 0 5 10 15
经过条纹数n
Independent Variable
350
拟合公式
T= b + k· n -3.915±0.012 354.33±0.08 0.99991
340
温度T (K)
1800
时间t (s)
牛顿冷却规律
320
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
图5：光源支架示意图 图5：光源支架示意图
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，
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，
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。
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
测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数
2L(n )T m2 Nhomakorabeam2 n 2LT
三. 实验方法
i
四. 开设成设计性研究性实验的方法
1.自己提出设计方案，独立进行实验，对测量过程中所发现的 问题，及测量结果进行综合分析,研究误差来源,并设法减少误 差。
设计进入误区(测量光斑的移动量与T 的关系)—提示干涉条纹的变化— 走出误区设计出方案. 测量时发现所测得的m~ T 曲线线性不好总是呈S形波动。 可控温电炉—跳过双金属片使无间断加热—结果：线性好了，但系统误 差变大（原因：升温过程太快，样品的升温落后于铝块）—控制变温 速—虹吸冷却降温法
由实验得到两个规律：一是降温过程控 制得越均匀，得到的数据线性越好；二 是降温速度越缓慢，得到的数据线性越 好。
自然冷却法 得到最满意的结果 相关系数R值达到4个9
缺点:时间太长
结论： 控制变温的速度是关键，它与测量结果的准确度有关，控制变温 过程的均匀性只与测量结果的精确度有关。控温过程越均匀，线 性越好，因而测量的不确定度小。但匀速而不缓慢是不行的。
如有足够的时间，可以让学生重新设计加热装置，进行实验， 以资比较。
3.实验效果
培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，并提 高了他们总结实验规律和科学工作的能力。
开阔了学生的思路，使学生学习到如何构思实验原理，设 计可行的实验方案的方法。
如学生小结写道： “本是一个简单且普通的实验，却因为经过对样品及装置 的探究而变得无限有趣，实验的设计过程都不是一个简单的过 程，这个实验设计过程既充满乐趣又有无限挑战，我们必须达 到这个水平，须更努力学习才行。” “形状奇特的样品原来暗含道理，原理及设计构思精妙新 颖，很多思路都要求灵活地思维方式和仔细认真地观察，启发 我们在思考时放开思想，敢于打破常规思路。”
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
波长及其对应的物质吸收系数。 • 测量混合溶液（包含一定比例的硫酸铜和铁氰
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
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
最新实验一测定玻璃的折射率PPT课件
③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线 到达光屏． ④安装双缝，使双缝与单缝的缝 平行 ，二者间距
5～10 cm .
⑤观察白光的干涉条纹．
⑥在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条 纹．
(2)测定单色光的波长 ①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手 轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动， 记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之 差即n条亮纹的间距． ③用刻度尺测量 双缝到光屏间距离l (d是已知的)．
一、实验“测定玻璃的折射率”
(一)实验目的
测定玻璃的折射率．
(二)实验器材
木板、白纸、 玻璃砖 、 大头针 三角板、铅笔．
(三)实验原理
折射率公式n＝
sinθ1 sinθ2 .
、图钉、量角器、
(二)实验器材
双缝干涉仪(包括光具座、光源、滤光片、单缝、双 缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)、刻度尺．
*2.某同学在做测玻璃折射率的实验中，使用的是半圆 形玻璃砖，P1、P2、P3、P4是 按顺序插在软木板上的大头针，
如图所示．下述关于实验操作
中的做法，正确的是( BCD )
A．若任意选取P1、P2连线的方向和入射点A的位置， 都可以在圆弧右侧适当位置处插上第三个大头针，使 其同时挡住P1、P2的像 B．如果入射点A恰在玻璃砖圆心处，可不使用大头针 P4 C．可以用P1、P2连线作为入射光线，也可以用P4、P3 连线作为入射光线
(2)在所画的图上注明入射角 θ1 和折射角 θ2，并画出 虚线部分，用量角器量出 θ1 和 θ2(或用直尺测出线段 EF、 OE、GH、OG 的长度)．
(3)n＝ssiinnθθ12；(或因为 sin θ1＝OEFE，sin θ2＝GOHG，
5～10 cm .
⑤观察白光的干涉条纹．
⑥在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条 纹．
(2)测定单色光的波长 ①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手 轮上的读数a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动， 记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2，a1与a2之 差即n条亮纹的间距． ③用刻度尺测量 双缝到光屏间距离l (d是已知的)．
一、实验“测定玻璃的折射率”
(一)实验目的
测定玻璃的折射率．
(二)实验器材
木板、白纸、 玻璃砖 、 大头针 三角板、铅笔．
(三)实验原理
折射率公式n＝
sinθ1 sinθ2 .
、图钉、量角器、
(二)实验器材
双缝干涉仪(包括光具座、光源、滤光片、单缝、双 缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)、刻度尺．
*2.某同学在做测玻璃折射率的实验中，使用的是半圆 形玻璃砖，P1、P2、P3、P4是 按顺序插在软木板上的大头针，
如图所示．下述关于实验操作
中的做法，正确的是( BCD )
A．若任意选取P1、P2连线的方向和入射点A的位置， 都可以在圆弧右侧适当位置处插上第三个大头针，使 其同时挡住P1、P2的像 B．如果入射点A恰在玻璃砖圆心处，可不使用大头针 P4 C．可以用P1、P2连线作为入射光线，也可以用P4、P3 连线作为入射光线
(2)在所画的图上注明入射角 θ1 和折射角 θ2，并画出 虚线部分，用量角器量出 θ1 和 θ2(或用直尺测出线段 EF、 OE、GH、OG 的长度)．
(3)n＝ssiinnθθ12；(或因为 sin θ1＝OEFE，sin θ2＝GOHG，
测量玻璃热膨胀系数和折射率温度系数实验
( 华 南师 范大 学 物理 电信工 程学 院 ， 广东 广 州 5 100 06 ) 要 : 为了 测量 玻璃 热膨 胀系 数和 折射 率温 度系数 ， 设 计了 基于 水平 光路 的玻 璃热 膨胀系 数和 折射 率
摘
温 度系 数的 测量 方法 . 运 用光 束在 玻璃样 品中 发生 干 涉的 原 理， 用 自然 降 温 法进 行 测 量 . 实 验得 到 干 涉 光斑 的条 纹移 动数 与温 度呈 线性关 系 ， 通过 拟合 实验 曲线 的斜率 ， 即 可计 算该 玻璃 样品 的热膨 胀系 数 和 折射 率温 度系 数 . 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 ， 精 确度 高 . 关 键词 : 热膨 胀系 数 ; 折 射率 温度 系数 ; 水 平光 路 33 中 图分 类号 : O 4 文献 标识 码 : A 167( 2 010 ) 04 - 0024 - 03 文 章编 号 : 1006 - 7
1 引
言
2 原
理
一 般物 理实 验中 ， 未涉 及 玻 璃 热 膨 胀系 数 和 折 射 率 温度 系数 的测 量 . 本文 设计 了基 于水平 方向 光路 的 法 测量 了 某 玻 璃 样 品 的 热 膨 胀 系 数 和 折 射 率 温 度 系
本 实验 所用 的样 品 由 均 匀 各 向同 性 的 玻 璃 制 成 ， 如 图 1 所示 . 图 中 : A 是被 切 去一 部 分的 玻 璃圆 柱 体 ， 圆 形玻 璃板 ， 每 块 玻璃 板 的 上 下 表 面 不 平 行 . 3 块 玻 可 以忽 略不 计 . 激 光 从 上 方 射 向 样 品 ， 如 图 2 所 示.
收 稿 日 期 : 2009 - 05 - 06 0018 ) 基 金 项 目 : 广 东 省 高 等 教 育 教 学 改 革 工 程 项目 ( 2007 作 者 简 介 : 肖 晓 芳 ( 198 5 - ) ， 女， 广东 汕头人， 硕 士， 主要研 究方向 为 物 理 实 验 课 程 与 教 学 . Em a i l: 19117 18 83 @ qq.co m 通 信 作 者 : 程 敏 熙 ( 196 2 - ) ， 男， 广东四会人， 副教授， 硕士生导师， 研究方向为光电技术与系统， 物 理 实 验 设 计 与 研究 .
摘
温 度系 数的 测量 方法 . 运 用光 束在 玻璃样 品中 发生 干 涉的 原 理， 用 自然 降 温 法进 行 测 量 . 实 验得 到 干 涉 光斑 的条 纹移 动数 与温 度呈 线性关 系 ， 通过 拟合 实验 曲线 的斜率 ， 即 可计 算该 玻璃 样品 的热膨 胀系 数 和 折射 率温 度系 数 . 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 ， 精 确度 高 . 关 键词 : 热膨 胀系 数 ; 折 射率 温度 系数 ; 水 平光 路 33 中 图分 类号 : O 4 文献 标识 码 : A 167( 2 010 ) 04 - 0024 - 03 文 章编 号 : 1006 - 7
1 引
言
2 原
理
一 般物 理实 验中 ， 未涉 及 玻 璃 热 膨 胀系 数 和 折 射 率 温度 系数 的测 量 . 本文 设计 了基 于水平 方向 光路 的 法 测量 了 某 玻 璃 样 品 的 热 膨 胀 系 数 和 折 射 率 温 度 系
本 实验 所用 的样 品 由 均 匀 各 向同 性 的 玻 璃 制 成 ， 如 图 1 所示 . 图 中 : A 是被 切 去一 部 分的 玻 璃圆 柱 体 ， 圆 形玻 璃板 ， 每 块 玻璃 板 的 上 下 表 面 不 平 行 . 3 块 玻 可 以忽 略不 计 . 激 光 从 上 方 射 向 样 品 ， 如 图 2 所 示.
收 稿 日 期 : 2009 - 05 - 06 0018 ) 基 金 项 目 : 广 东 省 高 等 教 育 教 学 改 革 工 程 项目 ( 2007 作 者 简 介 : 肖 晓 芳 ( 198 5 - ) ， 女， 广东 汕头人， 硕 士， 主要研 究方向 为 物 理 实 验 课 程 与 教 学 . Em a i l: 19117 18 83 @ qq.co m 通 信 作 者 : 程 敏 熙 ( 196 2 - ) ， 男， 广东四会人， 副教授， 硕士生导师， 研究方向为光电技术与系统， 物 理 实 验 设 计 与 研究 .
测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数PPT课件
100 80 60
Equation Adj. R-Square
B B
y = a + b*x
0.99582
V alue
Standard Error
Intercept 34.80769
0.62725
Slope
4.22747
0.07903
40
2021/3/12
0
5
10
B Linear Fit of B
18.7 42.4 47.2 51.9 56.3 61.0 65.8 69.7 73.6 77.7 81.5 84.7 87.7
2021/3/12
第一次测量 （ 钢杯中加较多水，水浴加热）
条纹数/N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
17
B
2021/3/12
4
2021/3/12
5
• 2. 加热装置：该实验的加热装置如图2所示， 图中电炉右边的旋钮用于调节电炉温度。 大铝块中间有一个圆柱形的样品腔，样品 可放在其中。小铝块上有两个孔，一个可 用于通光，另一个可用来插温度计的探头。 如要对样品加热，可先小心地将样品滑入 大铝块的样品腔中（这时应将大铝块倾斜， 以防样品撞碎），再放入小铝块，然后把 整个大铝块放入电炉上的钢杯中，就可以 对样品加热。
3
57
4
62
5
67.0
6
72.5
7
76.5
8
80.5
9
84.9
10
88.9
11
93.7
12
97.6
13
100.9 14
104.5 15
107
16
108.8 17
利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数
利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数郭雪雪光信息与科学技术0930*******摘要：使用光学干涉方法来测量一种玻璃材料的热膨胀系数和折射率温度系数,并验证牛顿冷却定律。
实验得到干涉光斑的条纹移动数与温度呈线性关系，通过拟合实验曲线的斜率，即可计算该玻璃样品的热膨胀系数和折射率温度系数。
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，精确度高。
关键词：光学干涉法，热膨胀系数，折射率温度系数实验原理光学仪器常常需要在高温或低温的条件下使用。
当光学仪器在不同温度下使用时,其光学元件材料的热学性质，包括热膨胀系数和折射率温度系数，会直接影响它的光学性质。
热膨胀系数β的定义为β=dL/(L*dT)， (1)折射率温度系数γ的定义为γ=dn/dT， (2)其中L是材料的长度、T是温度、n是折射率。
牛顿冷却定律（Newton's law of cooling)：温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。
牛顿冷却定律是牛顿在1701年用实验确定的，在强制对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。
是传热学的基本定律之一，用于计算对流热量的多少。
环境温度和物体温度差小于25度时，牛顿冷却定律为:在物体(即热学系统)处于自然冷却的情况下,当实验系统的温度T高于外界环境温度θ且当T与θ之差较小时,系统由于表面热辐射而散失热量的速率和(T-θ)成正比,即 dQ/dt=k0(T-θ) (3)式中k0与系统的表面温度、表面光洁度、表面积以及环境温度θ有关,称为散热系数.在(T-θ)不大时,k0为常数.(3)式即为牛顿冷却定律的微分形式.将(3)式改写为dQ=k0(T-θ)dt (4)设系统的热容为C,在散失热量dQ之后,温度改变量为dT,有dQ=CdT,将此关系代入(4)式,得dT=k0C(T-θ)dt (5)令K=k0C,则得dT=K(T-θ)dt (6)根据(6)式,可以求出在时间t0到t的时间内,由于散热而引起的温度变化ΔTΔT=K∫tt0(T-θ)dt (7)本实验所用的样品由均匀各向同性的玻璃制成，如图1所示。
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实验介绍
1. 利用干涉方法测量玻璃的热膨胀 系数和折射率温度系数
2 分光计提高实验
3. 光谱仪的应用
利用干涉方法测量玻璃的热膨胀 系数和折射率温度系数
本实验要求学生使用光学干涉方法来测 量一种玻璃材料的热膨胀系数和折射率 温度系数。
实验原理
• 热膨胀系数β的定义为 β=dL/(L*dT)
• 折射率温度系数γ的定 义为γ=dn/dT
波长及其对应的物质吸收系数。 • 测量混合溶液（包含一定比例的硫酸铜和铁氰
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。
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
为n =1.515，要求测出该玻璃的温度在40℃－ 90℃范围内的β和γ。（在测量温度范围内β和γ 可视为常数）。 • 设计实验方案，画出实验光路图并推导出有关 的测量公式。 • 进行实验，记录测量β和γ所需要的数据。 • 求出该材料的β和γ并估算它们的不确定度。 • 写出最后的实验结果
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
注意事项
• 小心放置样品 • 当温度接近90℃时停止加热。 • 加速冷却的方法。 • 电炉切不可用水冷却，以免短路。 • 实验操作完成后，应及时关断电炉的电
源
分光计提高实验
光栅的种类
5000线/毫米X射线透射光栅
反射光栅
光栅原理
光栅原理图
光栅方程： d sin k K
光栅的衍射
光栅基本特性
The spectre light dispersed by a prism into the colors of the optical spectrum
光谱仪的应用
Nectar of camellia
Rough plot of Earth's atmospheric transmittance (or opacity) to various wavelengths of electromagnetic radiation, including visible light.
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
R（H
1 22
1） n2
n = 3, 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
1. 利用干涉方法测量玻璃的热膨胀 系数和折射率温度系数
2 分光计提高实验
3. 光谱仪的应用
利用干涉方法测量玻璃的热膨胀 系数和折射率温度系数
本实验要求学生使用光学干涉方法来测 量一种玻璃材料的热膨胀系数和折射率 温度系数。
实验原理
• 热膨胀系数β的定义为 β=dL/(L*dT)
• 折射率温度系数γ的定 义为γ=dn/dT
波长及其对应的物质吸收系数。 • 测量混合溶液（包含一定比例的硫酸铜和铁氰
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。
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
为n =1.515，要求测出该玻璃的温度在40℃－ 90℃范围内的β和γ。（在测量温度范围内β和γ 可视为常数）。 • 设计实验方案，画出实验光路图并推导出有关 的测量公式。 • 进行实验，记录测量β和γ所需要的数据。 • 求出该材料的β和γ并估算它们的不确定度。 • 写出最后的实验结果
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
注意事项
• 小心放置样品 • 当温度接近90℃时停止加热。 • 加速冷却的方法。 • 电炉切不可用水冷却，以免短路。 • 实验操作完成后，应及时关断电炉的电
源
分光计提高实验
光栅的种类
5000线/毫米X射线透射光栅
反射光栅
光栅原理
光栅原理图
光栅方程： d sin k K
光栅的衍射
光栅基本特性
The spectre light dispersed by a prism into the colors of the optical spectrum
光谱仪的应用
Nectar of camellia
Rough plot of Earth's atmospheric transmittance (or opacity) to various wavelengths of electromagnetic radiation, including visible light.
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
R（H
1 22
1） n2
n = 3, 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