9、干涉法測熱膨脹系數(shù)

大學物理實驗2干涉法測熱膨脹系數(shù)深圳大學物理實驗教學中心歷史背景邁克爾遜干涉儀由美國物理學家阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜于1881年發(fā)明。1887年，邁克爾遜和愛德華·威廉姆斯·莫雷使用這種干涉儀進行了著名的邁克耳遜-莫雷實驗，證實了“以太”并不存在。涉及兩次諾貝爾獎：1907年和2017年一實驗目的采用干涉法測量試件的線性熱膨脹系數(shù)。了解邁克爾遜干涉儀的基本原理。二、實驗原理/2.1平均線性熱膨脹系數(shù)在實際的測量當中，通常測得的是固體材料在室溫T1下的長度L1及其在溫度T1至T2之間的伸長量?L21就可以得到熱膨脹系數(shù)，這樣得到的線性熱膨脹系數(shù)是平均線性熱膨脹系數(shù)

：（1）

線性熱膨脹系數(shù)

：固體物質的溫度每改變1℃時，

單位長度的伸長量。二實驗原理/2.2邁克爾遜干涉儀原理邁克爾遜干涉儀光路分束鏡將入射光分成兩束，一束反射至反射鏡M1，另一束透射至反射鏡M2，在觀測者看來，等效于在前方有兩個光源S1和S2。S1和S2是相干光源，在屏形成干涉條紋。二實驗原理/2.3等傾干涉條紋形成等傾條紋的特征1、傾角相同的地方構成內疏外密同心圓環(huán)2、K=2dcosθ/λ，θ越小，級數(shù)越大3、在中心附近，cosθ~1，

d沒改變λ

/2，條紋就冒出或消失一個4、若平面鏡不嚴格垂直，干涉將兼有等厚和等傾成分，條紋是彎曲的d光程和d及θ有關，在d不變時，θ相同地方形成同一級條紋，所以叫等傾干涉

二實驗原理/2.4干涉法測量線膨脹系數(shù)

（2）將式（2）帶入式（1）得：（3）動鏡（反射鏡3）的位移量?L與干涉條紋變化的級數(shù)N成正比，即：

三、實驗儀器3.1實驗儀器反射鏡1分束鏡擴束鏡激光器反射鏡2反射鏡3溫控爐加熱開關電源開關控溫面板觀測屏四、實驗內容/4.1光路調節(jié)2、將擴束鏡放置在激光器出口（圖4），仔細調節(jié)，毛玻璃屏上將出現(xiàn)干涉條紋（圖5），通過微調反射鏡1將干涉環(huán)調節(jié)到毛玻璃屏中便于觀察的位置。1、調節(jié)反射鏡1、反射鏡2，使從分束鏡過來的入射光斑和從反射鏡3反射的光斑重合（圖2、圖3）；使光斑重合移開擴束鏡放置擴束鏡調節(jié)干涉條紋位置圖1圖2圖3圖4圖5四、實驗內容/4.2實驗方法實驗方法二選一實驗方法1：記錄初始溫度T1，每升高5℃干涉條紋變化數(shù)N，直至升高到60℃；從而根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，計算試件的線脹系數(shù)。實驗方法2：記錄初始溫度T1，之后干涉環(huán)變化數(shù)N每達到50，記錄當時的溫度T2,T3,T4,

……T8，從而根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，計算試件的線脹系數(shù)。溫度℃（T1=℃）T2T3T4T5T6T7T8干涉環(huán)變化數(shù)N試件伸長量（nm）線脹系數(shù)α（×10-6/℃）五、注意事項1.反射鏡3（動鏡）上粘結的石英玻璃管不能承受較大的扭力和拉力。2、加熱爐溫度不可設置太高，以免冷卻時間過長。3、眼睛不可直視激光束。4、反射鏡和分束鏡均為易碎器件，注意安全。六、報告要求1、計算不同溫度區(qū)間的線膨脹系數(shù);2、以溫度為橫坐標，線性熱膨脹系數(shù)為縱坐標畫折線圖，觀察線性熱膨脹系數(shù)隨溫度升高的變化趨勢。5.1、數(shù)據(jù)處理要求5.2、結果陳述與總結5.3、思考題1、實驗過程中