金属热膨胀系数的测量
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【注意事项】
1. 在动镜与铜螺丝之间粘接的石英细管质脆易碎，不能承受较大的扭力和拉力。更 换试件前必须小心卸下动镜，换上 M4 的长螺钉。试件放入电热炉时也必须用长 螺钉作辅助工具。
2. 非必须时，实验前不要按“加热”开关，以免为恢复加热前温度而延误实验时间。
【实验内容】
1 测量黄铜试件的在室温时的长度，使用游标卡尺测量，重复测量三次。 2 将试件放入加热炉内，记录室温。 3 加热试件至 35℃，在加热过程中，干涉条纹每变化 10 级记录一次温度。 4 更换黄铜试件为钢试件，重复以上测量。
试件安装方法 安装试件至电热炉时，首先拧下热膨胀仪左下侧台板上的螺丝，将电热炉与热膨胀仪分 离，用专配的 M4 螺钉旋入试件顶端的螺纹孔内，手提 M4 螺钉将试件轻轻放入电热炉内。 注意：试件的测温孔与炉测面的圆孔一定要对准。这时可以卸下 M4 螺丝，用动镜背面石英 管一端的螺纹件将动镜固定在试件上。然后将电热炉重新安装到热膨胀仪上，再把测温探头 从电热炉侧面的圆孔中插入并固定。
其实验装置如图 1 所示。
动镜 电热炉 侧台板
定镜
分束器 扩束器
激光器
图1
SGR-1 型测试仪采用迈克尔逊干涉仪法测量微小长度的变化，其光路图见图 2 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，分别由两个发射镜：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圆环 状干涉条纹。
迈克尔逊光路调节方法 1. 接好激光器的线路（正负不可颠倒），首先打开电源开关，再按“激光”开关，打
开激光器电源。 2. 转动扩束器至 90 度位置，使激光束不经过扩束器。调节 M1、M2 背后的螺钉，使
观察屏上的两组光点中的两个最强的光点重合。 3. 把扩束器转回到光路中，观察成像屏上的干涉条纹，仔细微调 M1、M2 背后的螺
压力不变的条件下，温度升高 1K 所引起的物体体积的相对变化，用αV 表示。即
αV
=1 V
∆V ∆T
一般情况下，固体的体膨胀系数αV 为其线膨胀系数αl 的 3 倍。
同一材料在不同的温度区段，其线膨胀系数是不同的，但在温度变化不大的范围内，线 膨胀系数近似是一个常量。因此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 本实验中我们测量的是金属棒在 20℃～40℃范围内的线膨胀系数。实验中使用的是 SGR-1 型热膨胀实验装置，它是采用光干涉法来进行微小长度量的测量的。
He-Ne 激光器 扩束器
定镜 M1 分束器
转向镜 动镜 M2 石英管 试件
电热炉 测温探头
石英垫
图2
由于动镜通过石英管连接到了待测金属试件的顶端，当金属试件的长度发生变化时，可
以带动动镜的位置上下移动，从而使得两束相干光的光程差改变，干涉条纹的级数发生变化，
长度为 l1 的待测金属试件被金属炉加热，当温度从 t1 升高至 t2 时，试件因线膨胀，伸长到 l2，同时推动迈克尔逊干涉仪的动镜，使干涉条纹发生变化，在观察屏上可以看到干涉条纹 的中心有条纹“冒出”或“湮灭”，如果干涉条纹发生 N 个环的变化，则：
金属热膨胀系数的测量
实验目的
1) 测定金属棒的热膨胀系数。 2) 学习使用光干涉法测量微小长度量的方法
实验原理
物质内部的分子始终处于不停的运动中，分子运动的强弱不同造成绝大多数材料都表现 出热胀冷缩的特性。通常使用线膨胀系数和体膨胀系数来定量表征材料的热胀冷缩特性。
线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定温度范围内，材料的长度一
般随温度的升高而增加。设物体由温度 t1 加热至 t2 ，长度由 l1 变化至 l2 ，则：
∆l = l2 − l1 = αll1(t2 − t1)
上式表明，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 α t
称为固体的线膨胀系数：
αl
=
l2 − l1 l1(t2 − t1)
体膨胀是材料在受热时体积的增加，即材料在三维方向上的增加。体膨胀系数定义为在
l2
−
l1
=
N
λ 2
由此可测得试件的线膨胀系数：
Βιβλιοθήκη Baidu
αl
=
l2 − l1 l1 (t2 − t1 )
=
Nλ 2l1 (t2 − t1 )
实验仪器
SGR-1 型热膨胀实验仪 游标卡尺 金属试件
SGR-1 型热膨胀实验仪说明
主要技术指标 He-Ne 激光器：功率约 1mW，波长 632.8nm 数字测温最小分度：0.1℃ 试件尺寸：l＝150mm，φ＝18mm 适宜升温范围：室温～60℃ 温控仪工作环境：温度 0℃～50℃，湿度 85％以下，无腐蚀性气体
5 分别作两种试件的 ∆l ～t 曲线，并计算试件的线膨胀系数。
钉，使得干涉条纹清晰，环心位于视场的适中位置。如果条纹的光照不均匀，可调 节扩束器上的两个螺钉。
温控仪使用方法 数显温控仪的测温探头通过铂热电阻，取得代表温度信号的阻值，经过信号处理转换后 以数字形式显示当前的温度值。当按下选择开关后，在数码管上显示的是设定温度值，调节 设定旋纽可改变设定的温度值。当仪器加热接近设定温度值时，会自动切断加热电路。处于 加热状态时，前面板左侧的绿色发光管会发光显示，停止加热时右侧的红色发光管会发光显 示。 按下“暂停”按钮，可手动停止加热，按下“加热”按钮可重新开始加热。 不使用温度自动控制时，可将设定温度调节至 60℃以上。
1. 在动镜与铜螺丝之间粘接的石英细管质脆易碎，不能承受较大的扭力和拉力。更 换试件前必须小心卸下动镜，换上 M4 的长螺钉。试件放入电热炉时也必须用长 螺钉作辅助工具。
2. 非必须时，实验前不要按“加热”开关，以免为恢复加热前温度而延误实验时间。
【实验内容】
1 测量黄铜试件的在室温时的长度，使用游标卡尺测量，重复测量三次。 2 将试件放入加热炉内，记录室温。 3 加热试件至 35℃，在加热过程中，干涉条纹每变化 10 级记录一次温度。 4 更换黄铜试件为钢试件，重复以上测量。
试件安装方法 安装试件至电热炉时，首先拧下热膨胀仪左下侧台板上的螺丝，将电热炉与热膨胀仪分 离，用专配的 M4 螺钉旋入试件顶端的螺纹孔内，手提 M4 螺钉将试件轻轻放入电热炉内。 注意：试件的测温孔与炉测面的圆孔一定要对准。这时可以卸下 M4 螺丝，用动镜背面石英 管一端的螺纹件将动镜固定在试件上。然后将电热炉重新安装到热膨胀仪上，再把测温探头 从电热炉侧面的圆孔中插入并固定。
其实验装置如图 1 所示。
动镜 电热炉 侧台板
定镜
分束器 扩束器
激光器
图1
SGR-1 型测试仪采用迈克尔逊干涉仪法测量微小长度的变化，其光路图见图 2 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，分别由两个发射镜：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圆环 状干涉条纹。
迈克尔逊光路调节方法 1. 接好激光器的线路（正负不可颠倒），首先打开电源开关，再按“激光”开关，打
开激光器电源。 2. 转动扩束器至 90 度位置，使激光束不经过扩束器。调节 M1、M2 背后的螺钉，使
观察屏上的两组光点中的两个最强的光点重合。 3. 把扩束器转回到光路中，观察成像屏上的干涉条纹，仔细微调 M1、M2 背后的螺
压力不变的条件下，温度升高 1K 所引起的物体体积的相对变化，用αV 表示。即
αV
=1 V
∆V ∆T
一般情况下，固体的体膨胀系数αV 为其线膨胀系数αl 的 3 倍。
同一材料在不同的温度区段，其线膨胀系数是不同的，但在温度变化不大的范围内，线 膨胀系数近似是一个常量。因此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 本实验中我们测量的是金属棒在 20℃～40℃范围内的线膨胀系数。实验中使用的是 SGR-1 型热膨胀实验装置，它是采用光干涉法来进行微小长度量的测量的。
He-Ne 激光器 扩束器
定镜 M1 分束器
转向镜 动镜 M2 石英管 试件
电热炉 测温探头
石英垫
图2
由于动镜通过石英管连接到了待测金属试件的顶端，当金属试件的长度发生变化时，可
以带动动镜的位置上下移动，从而使得两束相干光的光程差改变，干涉条纹的级数发生变化，
长度为 l1 的待测金属试件被金属炉加热，当温度从 t1 升高至 t2 时，试件因线膨胀，伸长到 l2，同时推动迈克尔逊干涉仪的动镜，使干涉条纹发生变化，在观察屏上可以看到干涉条纹 的中心有条纹“冒出”或“湮灭”，如果干涉条纹发生 N 个环的变化，则：
金属热膨胀系数的测量
实验目的
1) 测定金属棒的热膨胀系数。 2) 学习使用光干涉法测量微小长度量的方法
实验原理
物质内部的分子始终处于不停的运动中，分子运动的强弱不同造成绝大多数材料都表现 出热胀冷缩的特性。通常使用线膨胀系数和体膨胀系数来定量表征材料的热胀冷缩特性。
线膨胀是材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定温度范围内，材料的长度一
般随温度的升高而增加。设物体由温度 t1 加热至 t2 ，长度由 l1 变化至 l2 ，则：
∆l = l2 − l1 = αll1(t2 − t1)
上式表明，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 α t
称为固体的线膨胀系数：
αl
=
l2 − l1 l1(t2 − t1)
体膨胀是材料在受热时体积的增加，即材料在三维方向上的增加。体膨胀系数定义为在
l2
−
l1
=
N
λ 2
由此可测得试件的线膨胀系数：
Βιβλιοθήκη Baidu
αl
=
l2 − l1 l1 (t2 − t1 )
=
Nλ 2l1 (t2 − t1 )
实验仪器
SGR-1 型热膨胀实验仪 游标卡尺 金属试件
SGR-1 型热膨胀实验仪说明
主要技术指标 He-Ne 激光器：功率约 1mW，波长 632.8nm 数字测温最小分度：0.1℃ 试件尺寸：l＝150mm，φ＝18mm 适宜升温范围：室温～60℃ 温控仪工作环境：温度 0℃～50℃，湿度 85％以下，无腐蚀性气体
5 分别作两种试件的 ∆l ～t 曲线，并计算试件的线膨胀系数。
钉，使得干涉条纹清晰，环心位于视场的适中位置。如果条纹的光照不均匀，可调 节扩束器上的两个螺钉。
温控仪使用方法 数显温控仪的测温探头通过铂热电阻，取得代表温度信号的阻值，经过信号处理转换后 以数字形式显示当前的温度值。当按下选择开关后，在数码管上显示的是设定温度值，调节 设定旋纽可改变设定的温度值。当仪器加热接近设定温度值时，会自动切断加热电路。处于 加热状态时，前面板左侧的绿色发光管会发光显示，停止加热时右侧的红色发光管会发光显 示。 按下“暂停”按钮，可手动停止加热，按下“加热”按钮可重新开始加热。 不使用温度自动控制时，可将设定温度调节至 60℃以上。