白　赫，李　巖

(1.天津師范大學(xué)，天津　300387；2.天津市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，天津　300074)

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基于邁克爾遜干涉原理測量金屬熱膨脹系數(shù)儀器的改進(jìn)

白赫1，李巖2

(1.天津師范大學(xué)，天津300387；2.天津市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，天津300074)

在利用邁克爾遜干涉原理測量金屬熱膨脹系數(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用CCD成像系統(tǒng)取代原有觀察屏，更利于觀察并記錄數(shù)據(jù)。

邁克爾遜干涉；CCD；金屬熱脹系數(shù)

金屬材料的熱脹系數(shù)是反映金屬材料物理性質(zhì)的一項(xiàng)重要參數(shù)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中通常采用光杠桿法、光聲法、巨磁阻效應(yīng)法等方法進(jìn)行測量[1-2]。本文將天津港東科技發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)的SGR-1型熱膨脹實(shí)驗(yàn)裝置加以改進(jìn)，利用CCD成像系統(tǒng)替代原有的觀察屏，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，改進(jìn)后的儀器如圖1所示。

圖1　改進(jìn)后的儀器

1　實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

SGR-1型熱膨脹儀器的原理圖如圖2所示，在利用本套儀器進(jìn)行測量的過程中筆者發(fā)現(xiàn)，使用原有的觀察屏在觀察圓環(huán)干涉的吞吐現(xiàn)象時(shí)不是十分方便，且容易數(shù)錯(cuò)圈數(shù)，造成實(shí)驗(yàn)誤差。

因此，筆者將本套儀器進(jìn)行改進(jìn)，利用CCD成像系統(tǒng)取代原有的觀察屏。具體的改進(jìn)方法如下：

圖2　儀器原理圖

(1)自制接收屏。剪裁大小適當(dāng)?shù)目埐⒄迟N在廢棄卡帶盒上，在卡帶盒底部打孔，將自制的接收屏安裝在原有觀察屏處，如圖3所示；

(2)CCD攝像頭的安裝。在激光器旁邊打孔，用軟鐵片彎一個(gè)U型卡槽，在其底部合適的位置打孔，之后將CCD放入U(xiǎn)型卡槽中固定好，最后用螺絲和螺母將卡槽和CCD固定在儀器上，如圖4所示；

圖3　自制接收屏

圖4　改裝后的CCD

(3)調(diào)節(jié)好邁克爾遜干涉光路后，將擴(kuò)束器轉(zhuǎn)到光路中，在接收屏上可以出現(xiàn)干涉條紋，如圖5所示。然后接通CCD電源，調(diào)節(jié)攝像頭位置和焦距，可在監(jiān)視器中觀察到清晰的干涉條紋，如圖6所示。

圖5　接收屏上的圓環(huán)干涉圖樣

圖6　監(jiān)視器中的干涉圖樣

2　結(jié)　　論

對(duì)本套儀器的改進(jìn)不僅可以利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，還可以將原本的分組實(shí)驗(yàn)改成教師演示實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容的理解。

[1]張攀峰,吳宇,劉曉旻,楊國光.基于光杠桿原理的納米級(jí)微位移測量系統(tǒng)研究[J].光學(xué)儀器,2006(2)：3-8.

[2]王青，戴劍鋒，李給學(xué).測定金屬熱膨脹系數(shù)的新方法研究[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，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

天津師范大學(xué)教育基金(52XJ1503)

1007-2934(2016)04-0023-02

O4-33

ADOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.004.008