利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数.pptx

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1、利用干涉方法测量玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数11307110256物理系史宇祺样品光斑分析测量样品楔角rB/cmdB′/cmrB/cmdB′/cm3.0086.33.5086.0测得：αB=1.14×10-2rad；αB’=1.34×10-2rad测楔角方法二测量样品玻璃片B和B′的楔角如图6，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(2αb)。由于αB和αb均很小，所以出射光线的夹角与楔角间的关系为：αb=2nαB测量热膨胀系数少量水浴，加热

2、：β=(9.57±0.21)×10-6K-1较多水浴，加热：β=(7.83±0.05)×10-6K-1较多水浴，降温：β=(7.99±0.05)×10-6K-1；线性好较少水浴，升温：β=(6.95±0.65)×10-6K-1较多水浴，降温：β=(8.09±0.07)×10-6K-1；线性好测量折射率温度系数冷却：γ=(1.96±0.23)×10-6K-1加热：γ=(2.12±0.09)×10-6K-1冷却：γ=(2.09±0.11)×10-6K-1冷却：γ=(1.94±0.08)×10-6K-1实验现象

3、分析实验中，激光从C区入射时，若不放小铝块，三个光斑亮度基本相当，但放上铝块后外侧两个光斑变暗，原因是外侧光斑是B’下表面反射形成的，偏折角较大，放上铝块后光路部分被遮挡。为方便观察条纹移动，应该使视野中干涉条纹级数较少，更清晰。由于测量热膨胀系数时若采取加热法条纹平移明显，当视野中出现两条亮纹中间夹一条暗纹、且两条亮纹粗细亮度相当时计数。分析讨论关于样品倾斜的影响：假设有干涉条纹的光斑与观察屏上激光出射孔的距离为5cm(实际不到)，出射孔与样品上表面的距离约为86cm，实际光路与圆柱A的上表面垂线的夹角

4、约为2.5/86=0.03。若光线从C区入射，则此夹角对光程的影响即为3%，也就是使结果β偏大3%。实验结果中不确定度在1%左右，因此略有影响。若光线从A区入射，由于光线在玻璃中有折射，在计算光程差时，玻璃的折射率使此夹角减小的同时，也使光程增大，相互抵消使得光程的误差也为3%，而实验所测得γ的不确定度为4%，影响不大。温度计误差来源（1）低温时的温度间隔普遍都比高温时的大：数字式温度计的传感器在探针的头部与玻璃样品接触，但小铝块的热量也会很快地传到探针头部的传感器中。加热时，装置整体较快地接收热量，而由

5、于玻璃的热传导系数远小于铝块(铝：237，单层玻璃：6.2)，故小铝块升温快于玻璃样品，温度计示数高于样品实际温度，且后一个数据点的温差大于前一个，所得曲线的斜率即大于真实情况。自然冷却更接近热平衡。温度计误差来源（2）反应时间：缓慢加热，从温度计的读数上还看不到变化时，观察屏上条纹已经有缓慢地移动；当观察到暗纹朝相反的方向移动，则样品已开始降温，但数字温度计示数会继续增加至一个最大值。数字温度计所显示的温度值与此刻样品的温度误差平均约为0.3℃。（3）示数浮动：即使缓慢加热或自然冷却，低温时温度计示数会

6、有上下0.3K的浮动，高温时浮动有时可达0.6℃，即从60.0℃升到60.6℃，再降到60.1℃，再升到60.7℃。并且由于浮动范围随温度会变化，无法消除的误差约为0.1~0.2℃。温度计误差来源（4）条纹移动与样品温度的对应：由于必须保证暗纹移动到固定的位置才能记下此时的温度值，如果记录的下的是温度计达到稳定时的最大值，虽然是与样品达到热平衡是的温度，但是那时的条纹移动到的位置不一定是先前设定的位置。（5）降温换水需均匀。加热：锅底与铝块直接接触导致的原因：因为电炉的温度比100℃高很多，但是水最高是1

7、00℃。加水可缓冲，但是由于锅底还是和铝块有接触，加水的效果大打折扣。建议给铝块上焊接一些固定器件，配合合适的底座进行一下实验或许加热测量准确度会高些。重新拟合之前的数据拟合都是用所有数据做的拟合，但可以发现，高温和低温数据相邻差值都是比较大的，中间的数据之间的温度间隔都比较小。所以决定将高温时数据去掉重新作一个线性拟合。热膨胀系数：β1=(8.03±0.04)×10-6K-Adj.R-Square=0.99958β2=(8.17±0.07)×10-6K-Adj.R-Square=0.99992折射率温度

8、系数：γ1=(1.94±0.05)×10-6K-1Adj.R-Square=0.99983γ2=(1.93±0.10)×10-6K-1Adj.R-Square=0.99987本实验默认热膨胀系数和折射率温度系数为固定值，但是如果对实验数据进行非线性拟合，可以探索这两个系数与温度的更精确关系。热膨胀系数残差图折射率温度系数残差图β用y=A+B*x+C*x^2拟合：ValueStandardErrorA85.29560.23939