一种光杠杆法测量固体线膨胀系数的竖直支架式装置的制作方法

本实用新型属于物理实验测量领域，具体涉及一种光杠杆法测量固体线膨胀系数的竖直支架式装置。

背景技术：

固体线膨胀系数的测定实验是高等教育学校中普遍开设的物理实验。该实验中需精确测定固体受热时产生的微小膨胀量，通常采用光杠杆法。光杠杆法利用标尺、望远镜以及平面镜形成光路，当固体膨胀时，引起平面镜的翻转，从而在望远镜中观察到的标尺刻度发生变化，标尺刻度的变化量与固体的膨胀量之间的比值也称为光杠杆的放大倍数。实验中平面镜到标尺的距离与光杠杆的放大倍数成正比，一般取值较大（大于1m），因而该实验对实验室的面积有较高要求，或者说实验室面积限制了能同时展开的仪器个数。

中国专利公开号cn204374118u中公开了一种光杠杆法测量金属线膨胀系数的装置，包括尖顶，所述尖顶连接温控加热装置，其特征是：所述温控加热装置设置有待测材料，所述待测材料的一端连接杠杆，所述杠杆设置在杠杆转轴上，所述杠杆的下端与平面镜接触，所述平面镜的一端铰接在平面镜转轴上，所述平面镜的反光面一侧设置有标尺，所述标尺的一侧设置有激光器和望远镜。上述实用新型中的标尺横向放置在平面镜的反光面一侧，这样用望远镜观察平面镜上标尺的刻度会占用实验室大部分面积，并且实验室使用面积有限，限制了实验室中装置的摆放数量。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种可有效节约了实验占用面积，使空间利用率提高的光杠杆法测量固体线膨胀系数的竖直支架式装置。

本实用新型采用的技术方案如下：一种光杠杆法测量固体线膨胀系数的竖直支架式装置，它包括有望远镜和平面镜，所述平面镜的上方设有led光源照明尺，所述平面镜放置在平板上，所述平板安装在固体待测材料的顶部，所述固体待测材料的顶部设有支架，所述支架与平面镜相连，所述固体待测材料的底部安装在设有温控加热装置的底座上，所述望远镜放置在平面镜的一侧。

本装置的固体待测材料的外侧缠绕有电热丝，所述电热丝的一端固定在固体待测材料上，另一端与底座内的温控加热装置相连，所述固体待测材料的顶端设有螺纹，所述螺纹上配合安装有圆片。

本装置的平板上设有两根立杆，所述两根立杆的顶部之间连接有横板，所述横板的下表面安装有led光源照明尺。

本装置的平面镜横向放置在两根立杆中间。

本装置的平面镜由镜片、镜座和边框构成，所述镜片安装在边框中，所述边框通过螺钉安装在镜座上，所述镜座放置在平板上，所述镜座的底部设有支脚ⅰ。

本装置的温控加热装置的控制面板安装在底座上。

本装置的平板上设有支撑柱，所述支撑柱安装在底座上。

本装置的平板通过焊接安装在固体待测材料的圆片顶部。

本装置的支架的支脚一端放置在圆片上，所述支架的另一端通过螺钉与镜座相连。

本装置的望远镜安装在调节支架上。

本实用新型的有益效果有：本实用新型采用的光杠杆测量法为竖直支架式，该样式有效节约了实验占用面积，使空间利用率提高了50%以上。同一个实验室内，应用竖直支架式光杠杆，可以多放置50%的设备。同时标尺采用了led光源照明尺，降低了实验室中光路的调节难度，读数不受实验室环境光亮度影响，操作非常便捷。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中平面镜位于方形台上的放大图；

图3为本实用新型的原理图，图中实线为升温前光路，虚线为升温后光路；

图4为本实用新型中固体待测材料的结构示意图；

图中1、调节支架；2、望远镜；3、固体待测材料；4、支架；5、温控加热装置；6、底座；7、平板；8、平面镜；9、镜片；10、立杆；11、横板；12、led光源照明尺；13、支撑柱；14、控制面板；15、支脚；16、镜座；17、边框；18、支脚ⅰ。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地说明：

如图1-4所示，本实用新型它包括有望远镜2和平面镜8，其中平面镜8由镜片9、镜座16和边框17构成，所述镜片9安装在边框17中，所述边框17通过螺钉安装在镜座16上，所述镜座16放置在平板7上，所述镜座16的底部设有支脚ⅰ18。

所述平面镜8的上方设有led光源照明尺12，所述平面镜8放置在平板7上，所述平板7上设有两根立杆10，其中平面镜8横向放置在两根立杆10中间，当平面镜8向后翻转时，可以清晰的看到led光源照明尺12上的刻度。所述两根立杆10的顶部之间连接有横板11，所述横板11的下表面安装有led光源照明尺12，其中led光源照明尺12上安装有插线，该插线的端部连接有插头，实验时可以将插头插在插座上进行通电，从而使led光源照明尺12亮起来，这样降低了调节光路的难度，便于操作者读数。

所述平板7安装在固体待测材料3的顶部，所述固体待测材料3的顶端设有螺纹19，其中螺纹19上配合安装有圆片20，该平板7通过焊接安装在固体待测材料3的圆片20顶部，这样便于扩大固体待测材料3的可支撑截面。该平板7上设有支撑柱13，其中支撑柱13安装在底座6上，这样使平板7的安装更加稳固。

所述固体待测材料3的底部安装在设有温控加热装置5的底座6上，所述固体待测材料3的外侧缠绕有电热丝，该电热丝的一端固定在固体待测材料3上，另一端与底座6内的温控加热装置5相连，用于给固体待测材料3提供热量。

所述固体待测材料3的顶部设有支架4，所述支架4与平面镜8的镜座16相连，所述支架4的支脚15一端放置在圆片20上，所述支架4的另一端通过螺钉与镜座16相连，所述底座6上还设有温控加热装置5的控制面板14，用于操控温控加热装置5，其中底座6上连接有插线，该插线的端部设有插头，用于给温控加热装置5提供所需电源，当操作者通过温控加热装置5给固体待测材料3加热，随着固体待测材料3外侧的电热丝温度渐渐升高，固体待测材料3受温度影响不断向上膨胀，该支架4随固体待测材料3的膨胀而抬高，同时使镜座16向后倾斜并带动边框17中固定的镜片9向后进行翻转。

所述望远镜2放置在平面镜8的一侧，该望远镜2安装在调节支架1上，便于操作者调节望远镜2的高度，并从望远镜2的镜头中观察到led光源照明尺12的刻度反光在镜片9中的变化。

本实用新型的使用过程如下：操作者首先将望远镜2的高度和平面镜9的高度调节一致，并从望远镜2的镜头中可以看到镜片9的中心点，接着将led光源照明尺12的插头插在插座上，使led光源照明尺12亮起来，然后通过控制面板14打开温控加热装置5给固体待测材料3外侧的电热丝进行供电，随着固体待测材料3外侧的电热丝温度渐渐升高，固体待测材料3受温度影响不断向上膨胀，该支架4随固体待测材料3的膨胀而抬高，同时使镜座16向后倾斜并带动边框17中固定的镜片9向后进行翻转。这时操作者从而在望远镜2中观察到led光源照明尺12的刻度在镜片9中发生的变化。

其中支架4随固体待测材料3向上膨胀而抬起的高度为△l，支架4随着固体待测材料3向上膨胀被抬起的角度为θ，支架4的支脚15到两个支脚ⅰ18中心的纵向距离为k，即可求得：tanθ=△l/k。led光源照明尺12刻度的变化量为△d，led光源照明尺12起始两条变化量到镜片9中心处之间的夹角为2θ，镜片9的中心点到led光源照明尺12的垂直距离为d，即可求得：tan2θ=△d/d，而tan2θ≈2tanθ，推出△d/d≈2（△l/k），最后就可以得出固体线膨胀系数△l≈（△d·k）/2d。

本实用新型涉及的其它未说明部分与现有技术相同。