线胀系数的视频在线光干涉法测量研究

王 青 王 君 戴怡乐 戴剑锋 李维学

（兰州理工大学物理系，甘肃 兰州 730050）

金属的线胀系数是工程结构设计、精密仪器制造、材料加工中必须考虑的重要参数之一.对于金属的线胀系数的测量，通常情况下实验室采用的是光杠杆法［1］，但是由于金属热膨胀是一个动态过程，故此法存在偶然误差大、测量精度低、占地空间大等问题.虽然人们对该实验的改进进行了一定的研究［2-5］，但仍存在一定的问题.本文将介绍一种利用劈尖的等厚干涉并借助光学显微镜及CCD显示系统在线测量金属线胀系数的新方法.新方法具有温升范围小、加热功率低、测量精度高、操作简单直观、占地空间小等优点，便于实际教学中教师的讲解、示教和演示，有利于学生综合应用知识，提高综合设计实验的能力.

1 光杠杆法简述

1.1 基本原理

实验室采用的光杠杆法测量金属线胀系数的装置如图1所示.通常将金属因受热膨胀而使其长度产生变化的现象叫金属的线性膨胀，将金属由于受热膨胀而引起的在一维方向上的单位长度变化称为金属的线膨胀系数.

图1 光杠杆法实验原理示意图

在常温下，当金属温升范围不大时，其线胀系数α可表示为

式中，Δt为t2-t1，表示温度差；L表示金属在温度t时的长度；ΔL表示金属在经过温度差Δt后的微小伸长量.

1.2 ΔL的测定

ΔL是一个微小变化量，不能用普通量具直接测量，实验室常采用光杠杆放大法，其放大原理为

将公式（2）代入公式（1），得到采用光杠杆法……