基于迈克尔逊干涉原理测量金属热膨胀系数仪器的改进

白　赫，李　岩

(1.天津师范大学，天津　300387；2.天津市实验中学，天津　300074)



基于迈克尔逊干涉原理测量金属热膨胀系数仪器的改进

白赫1，李岩2

(1.天津师范大学，天津300387；2.天津市实验中学，天津300074)

在利用迈克尔逊干涉原理测量金属热膨胀系数的基础上，运用CCD成像系统取代原有观察屏，更利于观察并记录数据。

迈克尔逊干涉；CCD；金属热胀系数

金属材料的热胀系数是反映金属材料物理性质的一项重要参数，大学物理实验中通常采用光杠杆法、光声法、巨磁阻效应法等方法进行测量[1-2]。本文将天津港东科技发展股份有限公司生产的SGR-1型热膨胀实验装置加以改进，利用CCD成像系统替代原有的观察屏，进行实验测量，改进后的仪器如图1所示。

图1　改进后的仪器

1　实验装置的改进

SGR-1型热膨胀仪器的原理图如图2所示，在利用本套仪器进行测量的过程中笔者发现，使用原有的观察屏在观察圆环干涉的吞吐现象时不是十分方便，且容易数错圈数，造成实验误差。

因此，笔者将本套仪器进行改进，利用CCD成像系统取代原有的观察屏。具体的改进方法如下：

图2　仪器原理图

(1)自制接收屏。剪裁大小适当的卡纸并粘贴在废弃卡带盒上，在卡带盒底部打孔，将自制的接收屏安装在原有观察屏处，如图3所示；

(2)CCD摄像头的安装。在激光器旁边打孔，用软铁片弯一个U型卡槽，在其底部合适的位置打孔，之后将CCD放入U型卡槽中固定好，最后用螺丝和螺母将卡槽和CCD固定在仪器上，如图4所示；

图3　自制接收屏

图4　改装后的CCD

(3)调节好迈克尔逊干涉光路后，将扩束器转到光路中，在接收屏上可以出现干涉条纹，如图5所示。然后接通CCD电源，调节摄像头位置和焦距，可在监视器中观察到清晰的干涉条纹，如图6所示。

图5　接收屏上的圆环干涉图样

图6　监视器中的干涉图样

2　结　　论

对本套仪器的改进不仅可以利于学生对实验现象的观察，还可以将原本的分组实验改成教师演示实验，加深学生对该部分内容的理解。

[1]张攀峰,吴宇,刘晓旻,杨国光.基于光杠杆原理的纳米级微位移测量系统研究[J].光学仪器,2006(2)：3-8.

[2]王青，戴剑锋，李给学.测定金属热膨胀系数的新方法研究[J].大学物理实验，2003(3)：9-11.

To Improve the Measurement of Metal Heat Expansion CoefficientInstrumentBasedonthePrincipleofMichelson

BAI He1,LI Yan2

(1.Tianjin Normal University,Tianjin 300387；2.Tianjin Experimental High School,Tianjin 300074)

BasedontheinterferencemeasurementofmetalthermalexpansioncoefficientusingtheMichelson,theuseofCCDimagingsystemtoreplacetheoriginalobservationscreen,moreconducivetoobserveandrecordthedata.

Michelsoninterferometer；CCD；metallinearexpansioncoefficient

2016-03-02

天津师范大学教育基金(52XJ1503)

1007-2934(2016)04-0023-02

O4-33

ADOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.004.008