CN105116005A

CN105116005A - 用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置

Info

Publication number: CN105116005A
Application number: CN201510121083.4A
Authority: CN
Inventors: 姚小兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2015-12-02

Abstract

本发明公开了一种用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，包括底座、温控器，单缝衍射仪和低压钠灯，底座的上部装设有紧固支架、两支撑支架和二维调节架，下部装设有底角螺钉，紧固支架、两支撑支架及二维调节架位于同一直线上，紧固支架中心处设有紧固螺孔，两支撑支架间支撑有待测铜管；待测铜管一端通过紧固螺钉顶住，另一端固定有单缝活动片，待测铜管的内部盛放有导热油，外部缠有多层绝热石棉纸组成的保护层；导热油中沿待测铜管方向设有电热管，温控器通过专用线缆与电热管连接，位于导热油内的专用线缆中封装有传感器一，位于保护层的内部设有传感器二。本发明有利于开阔学生的思路，操作简单，实验的准确度较高。

Description

用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置

技术领域

本发明涉及物理学工程技术及科学研究中用于测定金属的膨胀系数的设备，尤其涉及一种用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置。

背景技术

目前，在大学普通物理实验中通常用光杠杆法或千分表法来测定金属线胀系数。（1）光杠杆法：缺点是实验装置操作复杂，测量繁琐，造成的误差很大，很容易影响学生对知识准确性的判断。（2）千分表法：缺点是千分表的固定与调零非常困难，稍有不慎就会导致测量不准，甚至实验失败；虽然实验数据记录比较简单，但是实验准确度不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，操作简单，提高实验准确度。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，包括底座、温控器，单缝衍射仪和低压钠灯，所述底座的上部装设有用于紧固待测铜管的紧固支架、用于支撑待测铜管的两支撑支架和用于调节单缝固定片位置的二维调节架，下部装设有底角螺钉，所述紧固支架、两支撑支架及二维调节架位于同一直线上，所述紧固支架中心处设有紧固螺孔，所述两支撑支架间支撑有待测铜管；所述待测铜管一端通过与紧固支架上紧固螺孔相配合的紧固螺钉顶住，另一端固定有单缝活动片，所述待测铜管的内部盛放有导热油，外部缠有多层绝热石棉纸组成的保护层；所述导热油中沿待测铜管方向设有电热管，所述温控器通过专用线缆与电热管连接，位于导热油内的专用线缆中封装有传感器一，位于保护层的内部设有传感器二。

进一步的，所述底座、紧固支架和两支撑支架均是由绝热良好的玻璃钢制成。

进一步的，所述单缝活动片是由能够自由伸长的低膨胀合金制成。

进一步的，所述温控器连接有实验室用稳压电源。

进一步的，所述二维调节架上设有水平及高度调节用的标尺。

本发明中，温控器的核心部件为51单片机，采用二路数字式温度传感器，对传感器一提取的温度信号进行数据转换，进而对电热管进行控制，控制过程按照实验温度要求进行程序设计，即随着设定温度与传感器一测定温度差值的减小，电热管的输入功率也逐步降低，传感器二用于监测，当两个传感器测定的温度都等于设定温度时，停止加热，同时温控器发出测试信号。

本发明中，单缝衍射仪主要包括目镜调焦镜、测微目镜读数鼓轮、物镜调焦手轮、读数窗口、仰角调节螺栓及单缝帽套。低压钠灯的灯罩在八个不同方向上开有竖直狭缝，狭缝间有隔板。实验时单缝衍射仪离钠灯约2米，选用一条狭缝作单色光源，这样即可视为平行光源，以满足夫琅和费衍射的条件。

本发明的有益效果是：

本发明根据夫琅和费单缝衍射能够测量狭缝宽度的原理，并利用温控器进行温度的测量控制，操作简单，实验的准确度较高，有利于开阔学生的思路。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明省略单缝衍射仪和低压钠灯后的结构示意图；

图中标号说明：1-底座，11-底角螺钉，2-紧固支架，3-支撑支架，4-待测铜管，41-紧固螺钉，42-单缝活动片，43-导热油，44-保护层，5-温控器，51-电热管，52-专用线缆，53-传感器一，54-传感器二，55-稳压电源，6-二维调节架，61-标尺，62-单缝固定片。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

如图1所示，一种用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，包括底座1、温控器5，单缝衍射仪和低压钠灯，所述底座1的上部装设有用于紧固待测铜管4的紧固支架2、用于支撑待测铜管4的两支撑支架3和用于调节单缝固定片62位置的二维调节架6，下部装设有底角螺钉11，所述紧固支架2、两支撑支架3及二维调节架6位于同一直线上，所述紧固支架2中心处设有紧固螺孔，所述两支撑支架3间支撑有待测铜管4；所述待测铜管4一端通过与紧固支架2上紧固螺孔相配合的紧固螺钉41顶住，另一端固定有单缝活动片42，所述待测铜管4的内部盛放有导热油43，外部缠有多层绝热石棉纸组成的保护层44；所述导热油43中沿待测铜管4方向设有电热管51，所述温控器5通过专用线缆52与电热管51连接，位于导热油43内的专用线缆52中封装有传感器一53，位于保护层44的内部设有传感器二54。

进一步的，上述底座1、紧固支架2和两支撑支架3均是由绝热良好的玻璃钢制成。

进一步的，上述单缝活动片42是由能够自由伸长的低膨胀合金制成。

进一步的，上述温控器5连接有实验室用稳压电源55。

进一步的，上述二维调节架6上设有水平及高度调节用的标尺61。

本实施例的工作原理如下：

用温控器测出室温t₁，调节二维调节架，使合金片与金属片间形成宽0.7mm左右的狭缝，把单缝衍射仪紧靠狭缝放置，钠灯放在前方2米处，仪器调好后可在单缝衍射仪内看到衍射条纹，测出条纹间距，记下值，利用公式

，（、为暗纹级数，为两级暗纹间距离，为透镜到光屏距离）

计算出单缝的宽度，然后给铜管加热，待温控器发出测试信号时，测出t₂温度下的条纹间距并求出缝宽，由于单缝固定片和单缝活动片的线膨胀均可忽略不计，则铜管的伸长量等于缝宽的改变，即

，

进一步得出金属线膨胀系数的公式:

，即可计算出线膨胀系数α。

Claims

1.一种用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，包括底座（1）、温控器（5），单缝衍射仪和低压钠灯，其特征在于：所述底座（1）的上部装设有用于紧固待测铜管（4）的紧固支架（2）、用于支撑待测铜管（4）的两支撑支架（3）和用于调节单缝固定片（62）位置的二维调节架（6），下部装设有底角螺钉（11），所述紧固支架（2）、两支撑支架（3）及二维调节架（6）位于同一直线上，所述紧固支架（2）中心处设有紧固螺孔，所述两支撑支架（3）间支撑有待测铜管（4）；所述待测铜管（4）一端通过与紧固支架（2）上紧固螺孔相配合的紧固螺钉（41）顶住，另一端固定有单缝活动片（42），所述待测铜管（4）的内部盛放有导热油（43），外部缠有多层绝热石棉纸组成的保护层（44）；所述导热油（43）中沿待测铜管（4）方向设有电热管（51），所述温控器（5）通过专用线缆（52）与电热管（51）连接，位于导热油（43）内的专用线缆（52）中封装有传感器一（53），位于保护层（44）的内部设有传感器二（54）。

2.根据权利要求1所述的用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，其特征在于：所述底座（1）、紧固支架（2）和两支撑支架（3）均是由绝热良好的玻璃钢制成。

3.根据权利要求1所述的用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，其特征在于：所述单缝活动片（42）是由能够自由伸长的低膨胀合金制成。

4.根据权利要求1所述的用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，其特征在于：所述温控器（5）连接有实验室用稳压电源（55）。

5.根据权利要求1所述的用于大学物理教学的金属线膨胀系数测定装置，其特征在于：所述二维调节架（6）上设有水平及高度调节用的标尺（61）。