[发明专利]一种利用牛顿环仪测量金属线胀系数的实验装置

说明书

技术领域

本发明设计一种测量金属线胀系数的实验装置，特别涉及一种利用牛顿环仪测量金属线胀系数的实验装置。

背景技术

金属材料的线胀系数时机械、桥梁、电力、建筑等在工程设计、制造、装配等过程中必须掌握的基本参数，也是大学的普通物理实验中较重要的力、热实验题目之一。

目前，在大学的普通物理实验中，测量金属线胀系数的实验普遍采用的方法是光杠杆法，该方法的基本原理是利用电热丝加热带测金属管，采用温度计测量初态和终态温度，用望远镜和光杠杆测量金属管由始末状态温差引起的长度变化，从而得到金属管的线胀系数。该方法存在占用场地大、望远镜调节费时、测量精度不高，需两人才能完成，致使结果误差较大。

也有采用劳埃德镜并利用杨氏双缝干涉原理，测量条纹间距并计算双缝距离，从而推算出金属在一定温度下的伸长量。该方法测量现象直观、原理简单，操作过程简单，测量占用场地小的特点，但是由于本实验对光路要求较为严格，实验现象会模糊，这样对条纹间距的测量就造成了一定影响。

发明内容

发明目的：

针对上述问题，本发明提供一种利用牛顿环仪测量金属线胀系数的实验装置。

技术方案：

一种利用牛顿环仪测量金属线胀系数的实验装置，包括显微镜、半透半反镜、载物台、牛顿环仪、金属线胀系数测试仪、支架以及钠灯，所述显微镜、半透半反镜以及载物台依次由上至下固定于所述支架上，所述金属线胀系数测试仪位于所述牛顿环仪下方，所述显微镜、半透半反镜、牛顿环仪以及金属线胀系数测试仪中心在同一直线上，所述金属线胀系数测试仪包括底座、外筒、加热管以及垫片，所述外筒垂直设置在底座的上端面，所述外筒上端面的中心处设有垫片槽，所述垫片槽的直径大于加热管的外径，所述加热管设置在外筒的内腔中，所述垫片设置在所述垫片槽中，所述牛顿环仪与所述金属线胀系数测试仪由若干钢丝连接，所述牛顿环仪由一块玻璃平板以及一块平凸透镜构成，所述平凸透镜半径大于所述玻璃平板，所述牛顿环仪包括一固定器，所述固定器下端有若干穿孔，所述穿孔与所述钢丝数量一致，所述钢丝穿过所述穿孔，一端连接在所述垫片上，另一端用于托起所述平凸透镜。

作为本发明的一种优选方式，所述加热管用于放置被测金属管，所述加热管加热时，所述被测金属管伸长，将所述平凸透镜垫高，通过计算k级条纹的空气层厚度对应位置到平凸透镜底端所在平面的距离来推算所述金属管伸长的长度ΔL。

作为本发明的一种优选方式，所述平凸透镜与所述玻璃平板接触的位置为初始位置，在所述金属管伸长后，所述平凸透镜被垫高，所述平凸透镜最底端与所述玻璃平板间的距离数值即为金属管伸长的长度ΔL的数值。

作为本发明的一种优选方式，所述金属线胀系数测试仪放置于所述载物台上，所述载物台设有测微螺旋，所述测微螺旋用于测量载物台移动距离以计算第k级圆环的半径。

还包括追踪仪，所述追踪仪用于追踪第k级圆环。

作为本发明的一种优选方式，所述牛顿环仪以及所述金属线胀系数测试仪固定在所述载物台上。

作为本发明的一种优选方式，所述显微镜为标线移动式显微镜，所述显微镜内设有十字叉丝。

作为本发明的一种优选方式，所述金属线胀系数测试仪还设置有温度计，所述温度计一端设置在被测金属管的内腔中，另一端露在被测金属管的上端面外。

作为本发明的一种优选方式，所述金属线胀系数测试仪还包括恒温腔，所述恒温腔用于加热完毕后对所述被测金属管进行恒温处理。

作为本发明的一种优选方式，所述钠灯设置有滤光片。

本发明实现以下有益效果：

1.本发明实验平台搭建比较方便，光程短，观察的环形条纹比较清晰。

2.本实验测量精度达到纳米级，使得测量精度大大提高，减小误差。

3.实验计算公式简便，计算数据也比较简洁。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明采用的实验装置示意图；

图2为本发明金属线胀系数测试仪剖面图；

图3为牛顿环仪与金属线胀系数测试仪连接的剖面图；

图4为牛顿环的第10级暗环左侧边与十字叉丝相切时的示意图；

图5为牛顿环的第10级暗环右侧边与十字叉丝相切时的示意图；

图6为玻璃平板在初始位置时的计算示意图；

图7为玻璃平板在被垫高ΔL之后的计算示意图；