[发明专利]无反射镜光杠杆杨氏弹性模量测定仪

说明书

所属领域

本发明涉及一种拉伸式光杠杆杨氏弹性模量测定装置。

背景技术

用拉伸法测量钢丝杨氏弹性模量，是许多高校开设的一个经典基础物理实验。因钢丝在弹性范围内的伸缩量很小，用一般长度测量仪器或一般方法是难以准确测量的，因而难以准确测出其杨氏弹性模量，现常用平面反射镜光杠杆法来放大钢丝的微小伸缩量。在这个平面反射镜光杠杆法测钢丝杨氏弹性模量过程中，首先要调节好平面反射镜光杠杆成象系统才能观察标尺读数的变化，要求望远镜光轴首先对准平面反射镜，再对准平面反射镜中的标尺像，即要求标尺和望远镜光轴应处于平面反射镜的入射光和反射光线路上，同时还必须调好望远镜的成象焦距，才能清楚地观察到标尺刻度，这个调节过程很复杂，许多学生感到很困难，往往花很长时间也调不好平面反射镜的光杠杆成象系统，因而难以顺利完成杨氏弹性模量的测试工作。同时，所述的平面反射镜是这个仪器中最容易且经常掉到地上摔坏的部件。

发明内容

为了克服平面反射镜光杠杆成象系统调节困难引起测量杨氏弹性模量困难以及平面反射镜易摔坏的问题，本发明设计了一种无反射镜光杠杆杨氏弹性模量测定仪，可以用望远镜直接对准标尺，再调好成象焦距离即可。因标尺目标大且非常直观，测试者解决对准目标和调节焦距就很容易。

本发明解决平面反射镜光杠杆杨氏弹性模量测定仪调节困难以及平面镜易摔坏问题的技术方案是，钢丝按现有仪器结构方式固定，不要平面反射镜，望远镜安装在三脚支架上，三脚支架的前脚置于钢丝活动夹头上端面，两后脚置于杨氏弹性模量测定仪带槽工作台的端面小槽内，望远镜光轴平行于三脚支架前脚与两后脚连线的垂直线，标尺组件放在望远镜光轴的正前方约2米远处，调试时，目测望远镜光轴水平地对准标尺中部，细调望远镜目镜和物镜焦距，使标尺象清晰，再调好高低位置，其他操作可按常规进行，加减砝码，记录相应标尺读数。钢丝伸缩量可根据钢丝微小伸缩量计算原理图(附图2)进行计算，其计算公式如下：

在附图2的三角形OMN和OPQ中，因D远远大于c，可以认为是两个近似直角三角形，所以

a/b＝c/D         a＝bc/D

其中，a是加减砝码时钢丝活动夹头上下移动的距离，即钢丝的伸缩量，b是加减砝码时的标尺读数变化量，c是光杠杆常数，即三脚支架置于钢丝活动夹头上的前脚与置于工作台端面小槽中的两后脚连线的距离，D是标尺到带槽工作台端面小槽的距离。测出钢丝受力改变前后的伸缩量后，再测出公知的与杨氏弹性模量定义相关的其他物理量如钢丝原始长度、钢丝直径等，全部代入杨氏弹性模量定义公式即可计算出杨氏弹性模量。

本发明的有益效果是，测试者可以直接用望远镜对准标尺，这比通过平面反射镜再对准标尺要直接、简单得多，因而使无反射镜光杠杆杨氏弹性模量测定仪的调节操作远比平面反射镜光杠杆杨氏弹性模量测定仪简单方便得多，这对于缺乏光学仪器操作经验的人非常有意义。同时从根本上克服了平面反射镜易摔坏的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明和实施例的仪器结构示意图。

图2是本发明和实施例的钢丝微小伸缩量计算原理图

图3是本发明和实施例的三脚支架示意图图

图中，1、仪器底座，2、砝码，3、挂钩托盘，4、钢丝压紧螺钉，5、钢丝压板，6、钢丝活动夹头，7、带槽工作台，8、三脚支架，9、望远镜，10、立柱，11、钢丝，12、上横梁，13、标尺，14、标尺固定螺钉，15、标尺板，16、标尺立柱，17标尺板固定螺钉，18、标尺座，19、三脚支架后脚1，20、两后脚连线，21、前脚与两后脚连线的垂直线，22三脚支架前脚，23、三脚支架后脚2。

具体实施方案

在图中，仪器底座1、带槽工作台7、上横梁12和立柱10构成杨氏弹性模量测定仪的基本框架，待测钢丝11上端固定在上横梁12上，下端和挂钩托盘3相连，钢丝活动夹头6靠钢丝压块5和钢丝压紧螺钉4紧固在钢丝上，望远镜固定在三脚支架上端面，三脚支架8的前脚22置于钢丝活动夹头6的上端面，三脚支架8的两后脚19、23置于带槽工作台的端面小槽中，望远镜光轴平行于三脚支架前脚22与两后脚19、23连线20的垂直线21，标尺安装在标尺组件上，标尺组件由标尺13、标尺固定螺钉14、标尺板15、标尺立柱16、标尺板固定螺钉17和标尺座18组成，标尺组件置于望远镜9的正前方约2米远处。调节光杠杆成象系统时，粗调望远镜9的光轴水平对准标尺13中部，再细调节望远镜的目镜和物镜焦距，就可找到清晰的标尺图象，因标尺目标大，望远镜光轴又是直接对准标尺，因而操作者很容易对准目标和调好焦距，其他操作按常规进行即可。