测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数

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1、测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数实验报告一、实验原理1、测量玻璃的β和γ的基本原理如下：当激光从样品的C区反射时，在屏上可以看到它的3个反射光斑，见图1，其中v有干涉条纹，它是由上薄玻璃板的下表面与下薄玻璃板的上表面2束反射光的干涉所形成的。这2束光的光程差为2L。电炉开始加热后，设温度升高△T，玻璃膨胀△L=Lβ△T，干涉条纹移动m1条，则有2△L=m1λ，式中λ为激光的波长。由此可得：m1λβ=2LΔT已知L和λ，只要测出干涉条纹移动数m1与温度T的关系，从m1—T图可得到温度从40～80℃时的条纹移动数m1，由此可求得β。当激光从a区反射时，在屏上只能

2、看到1个有干涉条纹的光斑。它是由玻璃圆柱体的上表面和下表面两反射光的干涉形成的。这2束光的光程差为2nL，温升△T引起的光程差变化为：Ln(2nL)=2(n+L)T=2L(n+)TTT设此时的干涉条纹移动了m2条，则有2L(n+)T=mβγΔ2γmm22λ即：γ=-n=(β-n)β2LTΔm1同样只要测得干涉条纹移动数m2与温度的关系，从m2一T图可得到温度从40℃升高至90℃时的条纹移动数m2，因此可求得γ。2、测量样品玻璃片B和B′的楔角如图二，激光可近似看作垂直入射，则激光射入下表面的反射角为2αB由折射定律：2nsin(2αB)=sin

3、（2αb）αB和αb均很小，所以出射光线的夹角与楔角间的关系为：αb=2nαB3、牛顿冷却定律牛顿冷却定律:可化为：dTKT(envTt())dt解微分方程得：ktT()T0TeθTθ其中：T0为物体初始温度，Tθ为环境温度若取空气为环境温度，则对玻璃样品，有如下关系其中k和r分别为铝块对空气和玻璃对铝块的热传递系数牛顿冷却定律只在环境温度和物体温度差小于25℃时准确，当温差大于25℃时，牛顿冷却定律的形式变为：dT1.25KT[envTt()]dt此时玻璃温度T的表达式为：较为复杂二、实验器材1、玻璃实验样品实验所用的样品由均匀各向同性的待

4、测玻璃制成，如图3所示。其中A是被切去一部份的玻璃圆柱体，上下表面基本平行；B和B′是2块也被切去一部份的圆形薄玻璃板，每块玻璃板的上下表面不平行。3块玻璃A，B和B′胶合成一体，如图3所示。胶的折射率与玻璃相同，厚度可以忽略不计。2、加热装置该实验的加热装置如图4所示，图中电炉右边的旋钮用于调节电炉温度。大铝块中间有1个圆柱形的样品腔，样品可放在其中。小铝块上有2个孔，一个可用于通光，另一个可用来插温度计的探头。如要对样品加热，可先小心地将样品滑人大铝块的样品腔中(这时应将大铝块倾斜，以防样品撞碎)，再放入小铝块，然后把整个大铝块放人电炉上的钢杯中，就可以将样

5、品加热。3、光源支架和样品平台如图5所示，在支架的上部装有He-Ne激光器及其电源，在激光器的下面有1个倾斜的搁架，上面放置1块带小孔的观察屏。支架底部有3个脚，C脚是固定的，不可调节，A脚和B脚可以调节。光源支架底部有一圆形平台，用于放置样品或电炉，其底部有3个脚a，b和c，高低可调，见图5。4、数字式温度计5、水盆6、毛巾7、直尺、卷尺、游标卡尺8、秒表三、实验内容1、测量样品玻璃片B和B′的楔角1、如图六所示，为实验原理简图。将小纸片挡在B和B′之间，在屏幕上可以观察到由B面产生的两个亮点x和v。2、测量x和v的间距d1，屏幕离B之间的长度l1。求出光线的

6、夹角αb=d1/l1。3、则样品B侧玻璃的楔角αB=d1/(2nl1)。4、使B′侧朝上，即可测出B侧玻璃夹角。2、测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数1、参照图四和图五，将实验器材组装好。令激光射入到玻璃样品BB′一侧，此时反射光屏上应该有三个光斑，其中中心的光斑有干涉条纹出现。2、调整中心光斑的位置，使其位于激光出射孔附件。3、在钢杯中加入冷水，用电炉加热样品，观察中心光斑干涉条纹的移动，每移动一个级次记录下样品的温度。4、在温度达到60℃左右时停止加热，利用电炉的余热继续升温，直到样品达到80℃左右时停止记录。5、样品自然冷却过程中，重复步骤3，记录下干涉

7、条纹每移动一个级次时样品的温度。6、令激光入射到样品A侧，此时只能够看见一个有干涉条纹的光斑，重复步骤2-5。3、牛顿冷却定律的验证1、参照图四，将实验器材组装好。2、加热铝块，当温度达到60℃左右时停止加热，利用余热将铝块加热到85℃左右。3、取出铝块，置于空气中，记录铝块自然冷却时温度随时间的变化，同时记录环境（空气）温度的变化情况。四、实验现象与数据处理1、测量样品玻璃片B和B′的楔角对B侧：d1=-0.30cmd2=2.60cm对B′侧：d1′=-3.30cmd2′=0.30cmh=94.50cmh-l=1.73cm∴l=0.9277md=

8、d1-d2

9、

10、=0.029md′=

11、d