一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬線(xiàn)脹系數(shù)的測(cè)量是普通物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要內(nèi)容，該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是如何精 確測(cè)量金屬棒隨溫度變化引起長(zhǎng)度的微小變化.在目前普通高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教材中采用的 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法是光杠桿法，雖然該方法也能夠很好地測(cè)量出金屬棒微小長(zhǎng)度的變化，但由 于光杠桿系統(tǒng)的調(diào)節(jié)難度較大，待測(cè)物理量較多，所以引入的實(shí)驗(yàn)誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù) 的裝置。
[0004] 本發(fā)明提出的一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置，
[0005] -種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置，包括基座，所述基座的一側(cè)安裝有開(kāi) 關(guān)按鈕，所述基座的上端安裝有待測(cè)柱，所述待測(cè)柱的內(nèi)腔安裝有金屬棒，所述待測(cè)柱遠(yuǎn)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(jì)，且溫度計(jì)的下側(cè)位于待測(cè)柱 的內(nèi)腔，所述連接板的上端安裝有底座，所述底座的內(nèi)腔安裝有傳桿，且傳桿通過(guò)螺母與連 接板連接，所述傳桿與金屬棒位于一個(gè)水平線(xiàn)上，所述底座的上端安裝有檢測(cè)盒，且檢測(cè)盒 的內(nèi)腔上下兩端安裝有固定片，所述檢測(cè)盒內(nèi)腔下端的固定片與傳桿連接，所述檢測(cè)盒內(nèi) 腔一側(cè)設(shè)有孔洞，所述檢測(cè)盒內(nèi)腔遠(yuǎn)離孔洞的一端通過(guò)掛鉤安裝有激光筆，且激光筆的一 側(cè)安裝有開(kāi)關(guān)，所述連接板遠(yuǎn)離底座的一端安裝有光敏探測(cè)器，且光敏探測(cè)器的一端安裝 有條紋計(jì)數(shù)器，所述條紋計(jì)數(shù)器遠(yuǎn)離光敏探測(cè)器的一端安裝有探測(cè)頭，且探測(cè)頭與孔洞位 于一個(gè)水平線(xiàn)上，所述連接板與基座之間安裝有線(xiàn)脹系數(shù)檢測(cè)儀，所述檢測(cè)盒的內(nèi)腔安裝 有控制器，所述控制器分別與條紋計(jì)數(shù)器、激光筆、光敏探測(cè)器和開(kāi)關(guān)按鈕電性連接。
[0006] 優(yōu)選地，所述檢測(cè)盒的下端安裝有勾腳，且檢測(cè)盒通過(guò)勾腳與底座固定。
[0007] 優(yōu)選地，所述探測(cè)頭通過(guò)電源線(xiàn)與光敏探測(cè)器電性連接，且光敏探測(cè)器與條紋計(jì) 數(shù)器電性連接。
[0008] 優(yōu)選地，所述固定片兩兩為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)安裝在檢測(cè)盒的兩端。
[0009] 本發(fā)明中，利用光敏探測(cè)器、條紋計(jì)數(shù)器，可專(zhuān)門(mén)用于精確測(cè)量固體長(zhǎng)度的微小變 化，實(shí)驗(yàn)中采用激光筆作為光源替代原來(lái)的He-Ne激光器，利用兩根掛鉤將其懸掛在鋁質(zhì) 金屬盒中，單縫借助螺旋測(cè)微讀數(shù)裝置可以進(jìn)行微調(diào)與讀數(shù)，固定尖腳用于穩(wěn)固整個(gè)微型 實(shí)驗(yàn)裝置，連接在單縫上的石英玻璃棒作為傳桿與待測(cè)物體必須同軸，這樣，當(dāng)光束垂直入 射到單縫的平面上時(shí)，調(diào)節(jié)縫寬，利用光敏探測(cè)器進(jìn)行接收，替代原來(lái)的白屏，根據(jù)接收到 的光強(qiáng)大小，判定衍射條紋的位移變化量，通過(guò)條紋計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量、實(shí)時(shí)記錄， 從而確定縫寬變化量。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明提出的一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2為為本發(fā)明提出的一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置改進(jìn)前結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0012] 圖中：1檢測(cè)盒、2傳桿、3探測(cè)頭、4條紋計(jì)數(shù)器、5光敏探測(cè)器、6連接板、7線(xiàn)脹系 數(shù)檢測(cè)儀、8基座、9待測(cè)柱、10金屬棒、11溫度計(jì)、12開(kāi)關(guān)、13激光筆、14掛鉤、15固定片。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步解說(shuō)。
[0014] 一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置，包括基座8,基座8的一側(cè)安裝有開(kāi)關(guān) 按鈕，基座8的上端安裝有待測(cè)柱9,待測(cè)柱9的內(nèi)腔安裝有金屬棒10,待測(cè)柱9遠(yuǎn)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(jì)11，且溫度計(jì)11的下側(cè)位于待測(cè)柱9 的內(nèi)腔，連接板6的上端安裝有底座，底座的內(nèi)腔安裝有傳桿2，且傳桿2通過(guò)螺母與連接板 6連接，傳桿2與金屬棒10位于一個(gè)水平線(xiàn)上，底座的上端安裝有檢測(cè)盒1，且檢測(cè)盒1的 內(nèi)腔上下兩端安裝有固定片15,檢測(cè)盒1內(nèi)腔下端的固定片15與傳桿2連接，檢測(cè)盒1內(nèi) 腔一側(cè)設(shè)有孔洞，檢測(cè)盒1內(nèi)腔遠(yuǎn)離孔洞的一端通過(guò)掛鉤14安裝有激光筆13,且激光筆13 的一側(cè)安裝有開(kāi)關(guān)12,連接板6遠(yuǎn)離底座的一端安裝有光敏探測(cè)器5,且光敏探測(cè)器5的一 端安裝有條紋計(jì)數(shù)器4,條紋計(jì)數(shù)器4遠(yuǎn)離光敏探測(cè)器5的一端安裝有探測(cè)頭3,且探測(cè)頭 3與孔洞位于一個(gè)水平線(xiàn)上，可專(zhuān)門(mén)用于精確測(cè)量固體長(zhǎng)度的微小變化，實(shí)驗(yàn)中采用激光 筆13作為光源替代原來(lái)的He-Ne激光器，利用兩根掛鉤14將其懸掛在鋁質(zhì)金屬盒中，單縫 借助螺旋測(cè)微讀數(shù)裝置可以進(jìn)行微調(diào)與讀數(shù)，固定尖腳用于穩(wěn)固整個(gè)微型實(shí)驗(yàn)裝置，連接 在單縫上的石英玻璃棒作為傳桿與待測(cè)物體必須同軸，這樣，當(dāng)光束垂直入射到單縫的平 面上時(shí)，調(diào)節(jié)縫寬，利用光敏探測(cè)器5進(jìn)行接收，替代原來(lái)的白屏，根據(jù)接收到的光強(qiáng)大小， 判定衍射條紋的位移變化量，通過(guò)條紋計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量、實(shí)時(shí)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(xiàn)脹系數(shù)檢測(cè)儀7,檢測(cè)盒1的下端安裝有勾腳，且 檢測(cè)盒1通過(guò)勾腳與底座固定，探測(cè)頭3通過(guò)電源線(xiàn)與光敏探測(cè)器5電性連接，且光敏探測(cè) 器5與條紋計(jì)數(shù)器4電性連接，固定片15兩兩為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)安裝在檢測(cè)盒1的兩端。本發(fā) 明將實(shí)驗(yàn)裝置在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)誤差、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 與光杠桿法進(jìn)行比較，結(jié)果表明：?jiǎn)慰p衍射法實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，用單縫衍射法測(cè)量微小變化長(zhǎng) 度，測(cè)量方法有創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)誤差明顯減小，測(cè)量精度顯著提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較理想，滿(mǎn)足綜 合性實(shí)驗(yàn)要求，是一種較好的實(shí)驗(yàn)方法，可作為學(xué)生的選修實(shí)驗(yàn)或綜合性實(shí)驗(yàn)。測(cè)量方法： 設(shè)縫寬為b，衍射角為θ，ρ。點(diǎn)為白屏的中心，單縫的中心到白屏的距離為L(zhǎng)，波長(zhǎng)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(guò)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(fèi)單縫衍射
[0015] sin Θ = k λ/b (k = ± 1，±2...) (1)
[0016] 衍射角Θ滿(mǎn)足⑴時(shí)，P點(diǎn)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(duì)應(yīng)的衍射角越大。
對(duì)于每一級(jí)暗條紋中心都有：
對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)（L?x)有：
所以：
（k可任意?。?，測(cè)量出第三級(jí)暗條紋中心 到Pd的距離即可計(jì)算出縫寬b，設(shè)縫寬為b i時(shí)，第三級(jí)暗條紋中心到P。的距離為X i，當(dāng)縫寬 減小為132時(shí)，第三級(jí)暗條紋中心到P。的距離為X 2，則縫寬變化量：
[0019] 設(shè)物體在溫度時(shí)的長(zhǎng)度為1，溫度升到12時(shí)，其長(zhǎng)度增加 δ，金屬線(xiàn)脹系數(shù)公 為：
[
[0021] 在測(cè)量金屬線(xiàn)脹系數(shù)時(shí)，以銅棒為例，讓銅棒隨溫度變化引起長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果示例：實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用波長(zhǎng)λ = 632. 8nm的He-Ne激光器作為光源，用米尺 測(cè)量銅棒的長(zhǎng)度1 = 50.1 Ocm(室溫：22. (TC )，白屏至單縫的距離L = 150. 00cm，加熱線(xiàn)脹 系數(shù)測(cè)定儀，讓銅棒隨溫度變化引起長(zhǎng)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(guò)調(diào)節(jié)移測(cè)顯微鏡測(cè)量：溫度為^時(shí)，第三級(jí)暗條紋中 心到Pc的距離為X 1;溫度為12時(shí)，第三級(jí)暗條紋中心到P。的距離為X 2，采用兩點(diǎn)法進(jìn)行多 次重復(fù)測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄如下表：

[0028] 相對(duì)不確定度：
[0031] α值與本地公認(rèn)值（16. 8X10 6°C 3相比較，相對(duì)誤差：
[0033] 從測(cè)量結(jié)果可看出，單縫衍射法測(cè)量α值實(shí)驗(yàn)誤差較小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較理想。
[0034] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)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(cè)安裝有開(kāi)關(guān)按鈕，所述基座⑶的上端安裝有待測(cè)柱（9)，所述待測(cè)柱（9)的內(nèi) 腔安裝有金屬棒（10)，所述待測(cè)柱（9)遠(yuǎn)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(jì)（11)，且溫度計(jì)（11)的下側(cè)位于待測(cè)柱（9)的內(nèi)腔，所述連接板 (6)的上端安裝有底座，所述底座的內(nèi)腔安裝有傳桿（2)，且傳桿（2)通過(guò)螺母與連接板（6) 連接，所述傳桿（2)與金屬棒（10)位于一個(gè)水平線(xiàn)上，所述底座的上端安裝有檢測(cè)盒（1)， 且檢測(cè)盒（1)的內(nèi)腔上下兩端安裝有固定片（15)，所述檢測(cè)盒（1)內(nèi)腔下端的固定片（15) 與傳桿（2)連接，所述檢測(cè)盒（1)內(nèi)腔一側(cè)設(shè)有孔洞，所述檢測(cè)盒（1)內(nèi)腔遠(yuǎn)離孔洞的一端 通過(guò)掛鉤（14)安裝有激光筆（13)，且激光筆（13)的一側(cè)安裝有開(kāi)關(guān)（12)，所述連接板（6) 遠(yuǎn)離底座的一端安裝有光敏探測(cè)器（5)，且光敏探測(cè)器（5)的一端安裝有條紋計(jì)數(shù)器（4)， 所述條紋計(jì)數(shù)器（4)遠(yuǎn)離光敏探測(cè)器（5)的一端安裝有探測(cè)頭（3)，且探測(cè)頭（3)與孔洞位 于一個(gè)水平線(xiàn)上，所述連接板（6)與基座（8)之間安裝有線(xiàn)脹系數(shù)檢測(cè)儀（7)，所述檢測(cè)盒 (1)的內(nèi)腔安裝有控制器，所述控制器分別與條紋計(jì)數(shù)器（4)、激光筆（13)、光敏探測(cè)器（5) 和開(kāi)關(guān)按鈕電性連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所 述檢測(cè)盒（1)的下端安裝有勾腳，且檢測(cè)盒（1)通過(guò)勾腳與底座固定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所 述探測(cè)頭（3)通過(guò)電源線(xiàn)與光敏探測(cè)器（5)電性連接，且光敏探測(cè)器（5)與條紋計(jì)數(shù)器（4) 電性連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置，其特征在于，所 述固定片（15)兩兩為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)安裝在檢測(cè)盒（1)的兩端。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種單縫衍射測(cè)量金屬線(xiàn)膨脹系數(shù)的裝置，包括基座，所述基座的一側(cè)安裝有開(kāi)關(guān)按鈕，所述基座的上端安裝有待測(cè)柱，所述連接板遠(yuǎn)離底座的一端安裝有光敏探測(cè)器，且光敏探測(cè)器的一端安裝有條紋計(jì)數(shù)器，所述連接板與基座之間安裝有線(xiàn)脹系數(shù)檢測(cè)儀。本發(fā)明將實(shí)驗(yàn)裝置在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)誤差、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與光杠桿法進(jìn)行比較，結(jié)果表明：?jiǎn)慰p衍射法實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，用單縫衍射法測(cè)量微小變化長(zhǎng)度，測(cè)量方法有創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)誤差明顯減小，測(cè)量精度顯著提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較理想，滿(mǎn)足綜合性實(shí)驗(yàn)要求，是一種較好的實(shí)驗(yàn)方法，可作為學(xué)生的選修實(shí)驗(yàn)或綜合性實(shí)驗(yàn)。
【IPC分類(lèi)】G01B11/02, G09B23/06, G01N25/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105319234
【申請(qǐng)?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(qǐng)人】云南師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日