一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及實驗設備技術領域，尤其涉及一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝 置。
【背景技術】
[0002] 金屬線脹系數(shù)的測量是普通物理實驗中的一個重要內容，該實驗的關鍵是如何精 確測量金屬棒隨溫度變化引起長度的微小變化.在目前普通高等學校實驗教材中采用的 傳統(tǒng)實驗方法是光杠桿法，雖然該方法也能夠很好地測量出金屬棒微小長度的變化，但由 于光杠桿系統(tǒng)的調節(jié)難度較大，待測物理量較多，所以引入的實驗誤差較大。

【發(fā)明內容】

[0003] 基于【背景技術】存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù) 的裝置。
[0004] 本發(fā)明提出的一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置，
[0005] -種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置，包括基座，所述基座的一側安裝有開 關按鈕，所述基座的上端安裝有待測柱，所述待測柱的內腔安裝有金屬棒，所述待測柱遠離 基座的一端安裝有連接板，所述連接板的一端穿插有溫度計，且溫度計的下側位于待測柱 的內腔，所述連接板的上端安裝有底座，所述底座的內腔安裝有傳桿，且傳桿通過螺母與連 接板連接，所述傳桿與金屬棒位于一個水平線上，所述底座的上端安裝有檢測盒，且檢測盒 的內腔上下兩端安裝有固定片，所述檢測盒內腔下端的固定片與傳桿連接，所述檢測盒內 腔一側設有孔洞，所述檢測盒內腔遠離孔洞的一端通過掛鉤安裝有激光筆，且激光筆的一 側安裝有開關，所述連接板遠離底座的一端安裝有光敏探測器，且光敏探測器的一端安裝 有條紋計數(shù)器，所述條紋計數(shù)器遠離光敏探測器的一端安裝有探測頭，且探測頭與孔洞位 于一個水平線上，所述連接板與基座之間安裝有線脹系數(shù)檢測儀，所述檢測盒的內腔安裝 有控制器，所述控制器分別與條紋計數(shù)器、激光筆、光敏探測器和開關按鈕電性連接。
[0006] 優(yōu)選地，所述檢測盒的下端安裝有勾腳，且檢測盒通過勾腳與底座固定。
[0007] 優(yōu)選地，所述探測頭通過電源線與光敏探測器電性連接，且光敏探測器與條紋計 數(shù)器電性連接。
[0008] 優(yōu)選地，所述固定片兩兩為軸對稱結構安裝在檢測盒的兩端。
[0009] 本發(fā)明中，利用光敏探測器、條紋計數(shù)器，可專門用于精確測量固體長度的微小變 化，實驗中采用激光筆作為光源替代原來的He-Ne激光器，利用兩根掛鉤將其懸掛在鋁質 金屬盒中，單縫借助螺旋測微讀數(shù)裝置可以進行微調與讀數(shù)，固定尖腳用于穩(wěn)固整個微型 實驗裝置，連接在單縫上的石英玻璃棒作為傳桿與待測物體必須同軸，這樣，當光束垂直入 射到單縫的平面上時，調節(jié)縫寬，利用光敏探測器進行接收，替代原來的白屏，根據(jù)接收到 的光強大小，判定衍射條紋的位移變化量，通過條紋計數(shù)器對其進行精確測量、實時記錄， 從而確定縫寬變化量。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明提出的一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置結構示意圖；
[0011] 圖2為為本發(fā)明提出的一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置改進前結構示 意圖。
[0012] 圖中：1檢測盒、2傳桿、3探測頭、4條紋計數(shù)器、5光敏探測器、6連接板、7線脹系 數(shù)檢測儀、8基座、9待測柱、10金屬棒、11溫度計、12開關、13激光筆、14掛鉤、15固定片。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步解說。
[0014] 一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置，包括基座8,基座8的一側安裝有開關 按鈕，基座8的上端安裝有待測柱9,待測柱9的內腔安裝有金屬棒10,待測柱9遠離基座8 的一端安裝有連接板6,連接板6的一端穿插有溫度計11，且溫度計11的下側位于待測柱9 的內腔，連接板6的上端安裝有底座，底座的內腔安裝有傳桿2，且傳桿2通過螺母與連接板 6連接，傳桿2與金屬棒10位于一個水平線上，底座的上端安裝有檢測盒1，且檢測盒1的 內腔上下兩端安裝有固定片15,檢測盒1內腔下端的固定片15與傳桿2連接，檢測盒1內 腔一側設有孔洞，檢測盒1內腔遠離孔洞的一端通過掛鉤14安裝有激光筆13,且激光筆13 的一側安裝有開關12,連接板6遠離底座的一端安裝有光敏探測器5,且光敏探測器5的一 端安裝有條紋計數(shù)器4,條紋計數(shù)器4遠離光敏探測器5的一端安裝有探測頭3,且探測頭 3與孔洞位于一個水平線上，可專門用于精確測量固體長度的微小變化，實驗中采用激光 筆13作為光源替代原來的He-Ne激光器，利用兩根掛鉤14將其懸掛在鋁質金屬盒中，單縫 借助螺旋測微讀數(shù)裝置可以進行微調與讀數(shù)，固定尖腳用于穩(wěn)固整個微型實驗裝置，連接 在單縫上的石英玻璃棒作為傳桿與待測物體必須同軸，這樣，當光束垂直入射到單縫的平 面上時，調節(jié)縫寬，利用光敏探測器5進行接收，替代原來的白屏，根據(jù)接收到的光強大小， 判定衍射條紋的位移變化量，通過條紋計數(shù)器對其進行精確測量、實時記錄，從而確定縫寬 變化量，連接板6與基座8之間安裝有線脹系數(shù)檢測儀7,檢測盒1的下端安裝有勾腳，且 檢測盒1通過勾腳與底座固定，探測頭3通過電源線與光敏探測器5電性連接，且光敏探測 器5與條紋計數(shù)器4電性連接，固定片15兩兩為軸對稱結構安裝在檢測盒1的兩端。本發(fā) 明將實驗裝置在傳統(tǒng)實驗裝置的基礎上進行改進，將測量的實驗數(shù)據(jù)、實驗誤差、實驗結果 與光杠桿法進行比較，結果表明：單縫衍射法實驗操作簡便，用單縫衍射法測量微小變化長 度，測量方法有創(chuàng)新性，實驗誤差明顯減小，測量精度顯著提高，實驗結果比較理想，滿足綜 合性實驗要求，是一種較好的實驗方法，可作為學生的選修實驗或綜合性實驗。測量方法： 設縫寬為b，衍射角為θ，ρ。點為白屏的中心，單縫的中心到白屏的距離為L，波長為λ的 平行光（He-Ne激光）垂直入射到寬度為b的單縫上，經(jīng)過單縫后在白屏上得到一組明暗相 間的衍射條紋.根據(jù)夫瑯禾費單縫衍射
[0015] sin Θ = k λ/b (k = ± 1，±2...) (1)
[0016] 衍射角Θ滿足⑴時，P點就是暗條紋的中心位置，縫寬b與衍射角Θ的正弦 成反比，縫寬越小，各暗條紋中心所對應的衍射角越大。
對于每一級暗條紋中心都有：
對于遠場（L?x)有：
所以：
（k可任意?。?，測量出第三級暗條紋中心 到Pd的距離即可計算出縫寬b，設縫寬為b i時，第三級暗條紋中心到P。的距離為X i，當縫寬 減小為132時，第三級暗條紋中心到P。的距離為X 2，則縫寬變化量：
[0019] 設物體在溫度時的長度為1，溫度升到12時，其長度增加 δ，金屬線脹系數(shù)公 為：
[
[0021] 在測量金屬線脹系數(shù)時，以銅棒為例，讓銅棒隨溫度變化引起長度的微小變化δ 替代為縫寬b的變化，即：Ab = δ，由縫寬b的變化引起白屏上暗條紋的變化，根據(jù)（3)， 整理后得出：
[0023] 實驗結果示例：實驗時，采用波長λ = 632. 8nm的He-Ne激光器作為光源，用米尺 測量銅棒的長度1 = 50.1 Ocm(室溫：22. (TC )，白屏至單縫的距離L = 150. 00cm，加熱線脹 系數(shù)測定儀，讓銅棒隨溫度變化引起長度的微小變化S替代為縫寬b的變化，由縫寬b的 變化引起白屏上暗條紋的變化，通過調節(jié)移測顯微鏡測量：溫度為^時，第三級暗條紋中 心到Pc的距離為X 1;溫度為12時，第三級暗條紋中心到P。的距離為X 2，采用兩點法進行多 次重復測量，數(shù)據(jù)記錄如下表：

[0028] 相對不確定度：
[0031] α值與本地公認值（16. 8X10 6°C 3相比較，相對誤差：
[0033] 從測量結果可看出，單縫衍射法測量α值實驗誤差較小，實驗結果比較理想。
[0034] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其 發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置，包括基座（8)，其特征在于，所述基座 (8)的一側安裝有開關按鈕，所述基座⑶的上端安裝有待測柱（9)，所述待測柱（9)的內 腔安裝有金屬棒（10)，所述待測柱（9)遠離基座（8)的一端安裝有連接板（6)，所述連接板 (6)的一端穿插有溫度計（11)，且溫度計（11)的下側位于待測柱（9)的內腔，所述連接板 (6)的上端安裝有底座，所述底座的內腔安裝有傳桿（2)，且傳桿（2)通過螺母與連接板（6) 連接，所述傳桿（2)與金屬棒（10)位于一個水平線上，所述底座的上端安裝有檢測盒（1)， 且檢測盒（1)的內腔上下兩端安裝有固定片（15)，所述檢測盒（1)內腔下端的固定片（15) 與傳桿（2)連接，所述檢測盒（1)內腔一側設有孔洞，所述檢測盒（1)內腔遠離孔洞的一端 通過掛鉤（14)安裝有激光筆（13)，且激光筆（13)的一側安裝有開關（12)，所述連接板（6) 遠離底座的一端安裝有光敏探測器（5)，且光敏探測器（5)的一端安裝有條紋計數(shù)器（4)， 所述條紋計數(shù)器（4)遠離光敏探測器（5)的一端安裝有探測頭（3)，且探測頭（3)與孔洞位 于一個水平線上，所述連接板（6)與基座（8)之間安裝有線脹系數(shù)檢測儀（7)，所述檢測盒 (1)的內腔安裝有控制器，所述控制器分別與條紋計數(shù)器（4)、激光筆（13)、光敏探測器（5) 和開關按鈕電性連接。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所 述檢測盒（1)的下端安裝有勾腳，且檢測盒（1)通過勾腳與底座固定。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所 述探測頭（3)通過電源線與光敏探測器（5)電性連接，且光敏探測器（5)與條紋計數(shù)器（4) 電性連接。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所 述固定片（15)兩兩為軸對稱結構安裝在檢測盒（1)的兩端。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單縫衍射測量金屬線膨脹系數(shù)的裝置，包括基座，所述基座的一側安裝有開關按鈕，所述基座的上端安裝有待測柱，所述連接板遠離底座的一端安裝有光敏探測器，且光敏探測器的一端安裝有條紋計數(shù)器，所述連接板與基座之間安裝有線脹系數(shù)檢測儀。本發(fā)明將實驗裝置在傳統(tǒng)實驗裝置的基礎上進行改進，將測量的實驗數(shù)據(jù)、實驗誤差、實驗結果與光杠桿法進行比較，結果表明：單縫衍射法實驗操作簡便，用單縫衍射法測量微小變化長度，測量方法有創(chuàng)新性，實驗誤差明顯減小，測量精度顯著提高，實驗結果比較理想，滿足綜合性實驗要求，是一種較好的實驗方法，可作為學生的選修實驗或綜合性實驗。
【IPC分類】G01B11/02, G09B23/06, G01N25/16
【公開號】CN105319234
【申請?zhí)枴緾N201510881721
【發(fā)明人】張皓晶, 張皓輝, 溫元斌, 武旭東, 許建山, 丁章月, 蘇亮
【申請人】云南師范大學
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年12月4日