基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置

本技术涉及物理实验，具体涉及一种基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置。

背景技术：

1、金属棒膨胀系数是热学实验、力学实验中常开设实验项目之一，目前物理学专业实验室使用千分尺读取微小形变的方式测量金属的线膨胀系数，由于形变量小，实验现象不直观造成该实验的效果差，在实际测量金属棒膨胀系数时，需要测量升高单位温度时金属的长度改变量，然而对于金属材料，温度变化引起长度的变化通常在um数量级，目前一般采用采用光杠杆、千分尺来测量，而光杠杆法和千分尺测量微小距离时由于望远镜的使用和不易观察容易导致测量误差。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是提供一种便于观察测量、有效提高实验精度、拓宽测量微小伸长量的实验思路与方法的基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：该基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置，包括支架、钠灯、温控组件、读数显微镜、金属棒；

3、所述支架的下端设置有基准板，所述基准板的前端设置有矩形缺口，所述矩形缺口内设置有升降板；

4、所述金属棒的上端通过第一夹紧结构设置在支架的上端，所述金属棒的下端通过第二夹紧结构设置在升降板上；

5、所述温控组件用于给金属棒进行加热使其发生膨胀；

6、所述读数显微镜的工作平台上叠放有用于组合构成空气劈尖的下光学玻璃板及上光学玻璃板，所述上光学玻璃板远离读数显微镜的一端通过卡板设置在升降板上；

7、所述钠灯通过升降式灯座设置在支架的一侧用于给空气劈尖提供入射光源，所述读数显微镜用于观察空气劈尖形成的等厚干涉条纹。

8、进一步的是，所述第一夹紧结构包括设置在支架的上端横杆上的连接杆，所述连接杆的下端设置有下端开口的圆形套筒；

9、所述圆形套筒的环形侧壁上左右对称设置有2个螺纹孔，每个螺纹孔内均设置有夹紧螺栓，所述金属棒的上端面与圆形套筒的上侧壁相接触且位于2个夹紧螺栓之间。

10、进一步的是，所述第二夹紧结构包括设置在升降板上的固定圆环且与圆形套筒上下对应，所述固定圆环的侧壁上左右对称设置有两个滑孔，每个滑孔内均设置有滑杆；

11、所述滑杆位于固定圆环内的一端设置有弧形夹板，所述滑杆位于固定圆环外的一端设置有圆形拉手，所述滑杆上套设有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的一端设置在圆形拉手上，所述拉伸弹簧的另一端设置在固定圆环的外侧壁上，所述金属棒的下端面与升降板相接触且位于2个弧形夹板之间。

12、进一步的是，所述温控组件包括直流稳压电源、温控仪、热敏电阻、加热丝；

13、所述加热丝以螺旋缠绕的方式均布设置在金属棒上，所述加热丝的两端分别与直流稳压电源的输出端的正负极相连；

14、所述温控仪与直流稳压电源的输出端电连接，所述热敏电阻与温控仪信号连接，所述热敏电阻通过弹性结构抵靠在金属棒用于测金属棒的温度；

15、所述金属棒的外侧还设置有保温装置，所述保温装置用于维持金属棒处于恒温状态。

16、进一步的是，所述保温装置包括第一半圆形壳体、第二半圆形壳体；

17、所述第一半圆形壳体的上侧壁右端设置有第一半圆形缺口且位于前后方向的中部，所述第二半圆形壳体的上侧壁的左端设置有第二半圆形缺口且位于前后方向的中部，所述第一半圆形缺口的直径等于第二半圆形缺口的直径且与连接杆的直径相匹配，所述第一半圆形壳体、第二半圆形壳体下端均与基准板的上表面接触；

18、所述第一半圆形壳体、第二半圆形壳体共同组成一个圆柱状壳体且二者的上侧壁均与圆形套筒的上表面相接触，所述连接杆位于第一半圆形缺口与第二半圆形缺口组成的圆孔内。

19、进一步的是，所述弹性结构包括固定杆，所述固定杆的一端设置在第一半圆形壳体的内侧壁上且位于高度方向的中部；

20、所述固定杆远离第一半圆形壳体的一端端面设置有圆孔，所述圆孔内设置有滑动杆，所述滑动杆与圆孔的孔底之间设置有压缩弹簧，所述热敏电阻设置在滑动杆的一端；

21、初始状态时，所述压缩弹簧处于自然伸长状态，当第一半圆形壳体、第二半圆形壳体共同组成一个圆柱状壳体时，所述热敏电阻与金属棒相接触且压缩弹簧处于压缩状态。

22、本实用新型的有益效果如下：

23、采用加热的方式改变金属棒的温度使其受热发生膨胀形变，利用基于劈尖干涉的光学方法测量不同温度下的金属棒的微小形变量，利用劈尖干涉放大微小形变，通过读数显微镜观察、测量干涉条纹间距并求出微小形变，将测得数据运用到表达式之中，从而测出金属棒的膨胀系数；利用劈尖干涉法测金属棒微小形变的方法，不仅拓宽了测量微小伸长量的实验思路与方法，加深了对劈尖干涉的理解与应用，同时也有效提高实验精度。

技术特征：

1.基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置，其特征在于：包括支架(1)、钠灯(2)、温控组件、读数显微镜(3)、金属棒(4)；

2.根据权利要求1所述的基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置，其特征在于：所述第一夹紧结构包括设置在支架(1)的上端横杆上的连接杆(12)，所述连接杆(12)的下端设置有下端开口的圆形套筒(13)；

3.根据权利要求1所述的基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置，其特征在于：所述第二夹紧结构包括设置在升降板(6)上的固定圆环(15)且与圆形套筒(13)上下对应，所述固定圆环(15)的侧壁上左右对称设置有两个滑孔，每个滑孔内均设置有滑杆(16)；

4.根据权利要求1所述的基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置，其特征在于：所述温控组件包括直流稳压电源(20)、温控仪(21)、热敏电阻(22)、加热丝(23)；

5.根据权利要求4所述的基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置，其特征在于：所述保温装置(24)包括第一半圆形壳体(25)、第二半圆形壳体(26)；

6.根据权利要求4所述的基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置，其特征在于：所述弹性结构包括固定杆(9)，所述固定杆(9)的一端设置在第一半圆形壳体(25)的内侧壁上且位于高度方向的中部；

技术总结
本技术所要解决的技术问题是提供一种便于观察测量、有效提高实验精度、拓宽测量微小伸长量的实验思路与方法的基于劈尖干涉的金属线棒膨胀系数测量的实验装置。该实验装置包括支架、钠灯、温控组件、读数显微镜、金属棒，读数显微镜的工作平台上叠放有用于组合构成空气劈尖的下光学玻璃板及上光学玻璃板，采用加热的方式改变金属棒的温度使其受热发生膨胀形变，利用基于劈尖干涉的光学方法测量不同温度下的金属棒的微小形变量，将测得数据运用到表达式之中，从而测出金属棒的膨胀系数，拓宽了测量微小伸长量的实验思路与方法，加深了对劈尖干涉的理解与应用，适合在物理实验技术领域推广应用。

技术研发人员：李豌铒,朱轩,袁海峰,高俊杰,丁华,杨建会
受保护的技术使用者：乐山师范学院
技术研发日：20230625
技术公布日：2024/1/15