金屬線脹系數測量實驗裝置的設計與制作

郭 磊，王美迪，鄢 嫣，姚 平

(長江大學 物理與光電工程學院，湖北 荊州 434023)

線脹系數也被稱為線彈性系數，在工程設計、機械制造和新材料應用等方面都有重要應用，因此在大學物理實驗中線脹系數的測量占有重要的地位，其中金屬線膨脹系數的測量是很多高校所開設的必修實驗項目.目前金屬線脹系數主要的測量方法有：光干涉法測量[1,2]和千分表測量[3]，其中光干涉法存在干涉條紋不易讀取，光路調節復雜等缺點，而千分表反復使用極易磨損.另外在測量過程中，由于被測試件加熱不均勻會帶來較大的誤差.為了更好的開展金屬線脹系數測量的實驗，筆者根據多級光杠桿產生靈感[4,5]，設計并制作了一款采用水浴加熱的金屬線脹系數測量裝置，隨后開展了長達數月的實驗測試，結果證明該裝置使用效果良好，非常適合大學物理實驗教學.

1 實驗裝置的構造與原理

作者設計與制作的實驗裝置主要由物理杠桿模塊、電加熱模塊、光杠桿模塊以及支架模塊構成，如圖1和圖2所示，圖1為實驗裝置的實物圖，圖2為實驗裝置的模型圖.核心模塊為光杠桿模塊，該模塊主要由K9光學反射鏡、光源、望遠鏡、鋼尺等器件組成.支架模塊主要由木板、直角固定器和合葉等組成.電加熱模塊主要由石英玻璃加熱水管、溫度傳感器、電加熱棒、水泵、水管、待測金屬桿固定組件等組成.物理杠桿模塊則是由金屬物理杠桿、彈簧和彈簧固定組件組成.該儀器的……