热胀冷缩是衡量物质特性的一个重要指标,同时也是物体的一种固有属性,对认识物质性质、了解材料性能及不同材料在生产生活中的应用具有重要意义[1-2]。金属线胀系数测量是大学物理实验中的一个重要实验,该实验的关键是如何精确测量金属随温度变化的微小长度变化[3]。
为了精确测量该微小变化量,目前通用的方法有利用单片机采集数据法、电容传感器法、干涉仪方法[1-7]等。本文在前人研究基础上,利用光纤F-P(法布里-珀罗)干涉仪,采用分析光谱移动的方法,准确测量金属随温度升高的伸长量。与现有的利用F-P干涉仪测量金属线胀系数方法相比,其原理简单、操作便捷,不仅在室温范围内即可实现测量,实验安全性高,而且可以实现升温和降温环境下的协同测量,更具实际应用价值。该实验装置还可用于金属线胀系数的拓展实验和光纤F-P干涉仪的创新设计实验[6]。
1 实验原理与装置
2 实验步骤及数据测量
3 结语
金属线胀系数的测量是大学物理实验课程中一个必做实验,实验原理和操作方法相对简单,但实验结果的误差较大,而且加热温度高存在实验安全隐患,很难满足实验需要和学生能力培养预期。本文提出利用简易光纤F-P干涉仪对金属线胀过程进行监测,验证了金属热胀冷缩原理的同时,利用光纤F-P干涉仪高灵敏度对实验进行精确分析,提升了实验的可操作性,加深了学生对F-P干涉仪原理的理解。而且学生可以自行设计光纤F-P干涉仪结构,提升实验的自主设计性,培养整体实验装置的构建能力。
参考文献
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[2] 张道清,肖世发,梁枫.关于热电法测金属线胀系数实验的改进[J].中国现代教育装备,2017(6):64-66.
[3] 陈修芳,赵斌,张多.法布里-珀罗干涉法测量金属线胀系数[J].科学之友,2013(10):16-17.
[4] 李俊娇,刘智慧.一种金属线胀系数精确测量方案的研究[J].大学物理实验,2018(31):1-5.
[5] 马凯,王新春,丁相云,等.液压微位移传递测金属线胀系数[J].实验室科学与技术,2013(11):29-33.
[6] 谭福奎,姚萍,王靖.用光栅尺测量金属线胀系数[J].实验室技术与管理,2014(31):46-49.
[7] 郭颖,高培元.金属线胀系数实验改进[J].实验室技术与管理,2012(29):50-51.
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