CN100394160C - 卧式杨氏模量测量仪 - Google Patents

Abstract

测定钢丝的杨氏模量是大学基础物理实验之一。然而传统的杨氏模量测量仪都是竖拉式结构，其缺点是仪器笨重，占地面积大，标尺的反射像难寻找，计算复杂，测量误差偏大。本发明提供一种卧式杨氏模量测量仪，通过平拉方式和读数显微镜，可方便地测出钢丝的杨氏模量，本发明不仅消除了前述竖拉式结构的全部缺陷，而且可减少两个待测量，从而简化了测量和计算，并减少了测量的系统误差。

Description

卧式杨氏模量测量仪

一、技术领域

本发明涉及大学物理实验中的杨氏模量测量仪，尤其涉及一种测量架呈水平放置的卧式杨氏模量测量仪。

二、背景技术

目前公知的，以钢丝作被测物的杨氏模量测量仪都是竖拉式结构。这种竖拉式结构的缺点是仪器笨重、占地面积大，加、减砝码时易造成测量架摇晃，仪器的竖直度不好控制、操作中标尺的像难寻找、读数和加减砝分处两地，故操作者需反复在望远镜和测量架之间跑动，从而造成实验室的拥挤和混乱、测量装置中必须使用光杠杆、杨氏模量计算公式复杂、测量结果的误差偏大。本申请于2002年7月25日申请的“倒挂式杨氏模量测量仪”，专利号：ZL02133511.7以及2003年8月29日申请的“壁挂式杨氏模量测量仪”专利号ZL03135690.7，虽然克服了部分缺陷，但是从望远镜视场中寻找标尺像十分困难，这个操作中的最大难点仍没有解决，此外操作者仍需反复来回跑动、测量中必须依赖光杠杆。测量计算公式复杂，测量误差偏大的问题也没有解决。

三、发明内容

本发明的目的是向社会提供一种卧式杨氏模量测量仪，以消除目前公知的杨氏模量测量仪诸多缺陷。

本发明的技术方案如下：

将钢丝头固定板通过自带的夹紧螺栓固定在桌面的一端，再将滑轮架通过其自带的夹紧螺栓固定在桌面的另一端后，取一段长度为桌面长度1.2-1.4倍的待测钢丝，在其一端打一结，让另一端穿过钢丝头固定板后绕过滑轮并连结砝码盘，使砝码盘垂于桌端下测，砝码盘须预加砝码1kg，将钢丝拉直。接着用浅色笔在待测钢丝上画一横向记号，记号的颜色须与钢丝的颜色明显不同，以白色为佳，记号的宽度以1-2mm为佳，记号的位置设定在距滑轮0.2-0.5m处，调节钢丝头固定板和滑轮架的位置，使待测钢丝与操作者一侧的桌沿呈平行状态，并距此桌沿30-40cm，卧式读数显微镜置于钢丝与桌沿之间，让其物镜端对着钢丝上的记号，目镜端对着操作者，随着砝码盘上砝码数量的改变，用读数显微镜测出待测钢丝记号的每一相对位置，从而测出不同外力F所对应的待测钢丝纵向的形变量ΔL，再用螺旋测微器测出钢丝的直径d，用米尺测出钢丝头固定板与钢丝记号间的距离L，利用 $y=\frac{4\mathrm{FL}}{\mathrm{\π}{d}^2\mathrm{\ΔL}},$ 即可求出杨氏模量y。在钢丝头固定板的制作中，板上用于固定钢丝头的孔成台阶形，相对粗的一端对着桌端外侧，粗孔的孔径取3-5mm，细孔则对着滑轮架一侧，细孔的孔径取0.5-0.8mm，细孔的长度取1-2mm，并将此孔的长度用标签直接标注在钢丝头固定板上，以便于操作者准确测定待测钢丝的原长。此外，还须使此孔的高度和滑轮与钢丝的最高接触点的高度一致。

由于采用上述方案，可收到如下显著效果：

1、传统的竖拉式结构既要有桌又要占地，而本发明则完全不占地，因此在不增加实验室面积的情况下可大幅度增加实验的套数，从而大大提高了实验室的利用率。

2、由于将传统的望远镜，米尺、光杠杆观测系统改为单纯的读数显微镜，从而使该测量中的标尺的反射像难寻找这个最大的操作难题被彻底消除。

3、由于加减砝码与观测点同处一地，所以操作者既不用来回跑动，又消除了实验室内的拥塞。

4、计算公式由原来的 $y=\frac{8\mathrm{FLD}}{\mathrm{\π}{d}^2\mathrm{l\Δx}}$ 简化为 $y=\frac{4\mathrm{FL}}{\mathrm{\π}{d}^2\mathrm{\ΔL}},$ 从而简化了y的计算，尤其是大大简化了误差的计算。

5、由于减少了两个量的测量，可使测量的系统误差大大减小，从而提高了测量的准确性。

6、这种卧式结构彻底消除了竖拉式结构摇晃的和竖直度不好掌握的缺点。

7、由于简化了实验装置，从而可大大降低仪器的制造成本。

四、附图说明

附图为卧式杨氏模量测量仪的装置图。

图中1是钢丝头固定板；2是待测钢丝；3是滑轮；4是滑轮固定板；5是砝码盘；6是读数显微镜。

五、具体实施方式

实施例：钢丝头固定板和滑轮固定板采用铸造成型，将钢丝头固定板通过自带的夹紧螺栓固定在桌面的一端，再将装有滑轮的滑轮架通过其自带的夹紧螺栓固定在桌面的另一端后，取一段长度为桌面长度1.2倍的待测钢丝，在其一端打一结，让另一端穿过钢丝头固定板后绕过滑轮并连结砝码盘，使砝码盘垂于桌端下测，砝码盘须预加砝码1kg，将钢丝拉直。接着用浅色笔在待测钢丝上画一横向记号，记号的颜色为白色，记号的宽度为1mm，记号的位置设定在距滑轮0.2m处，调节钢丝头固定板和滑轮架的位置，使待测钢丝与操作者一侧的桌沿呈平行状态，并距此桌沿30cm，再取一台卧式读数显微镜，让其物镜端对着钢丝上的记号，目镜端对着操作者，随着砝码盘上砝码数量的改变，用读数显微镜测出待测钢丝记号的每一相对位置，从而测出不同外力F所对应的待测钢丝纵向的形变量ΔL，再用螺旋测微器测出钢丝的直径d，用米尺测出钢丝头固定板与钢丝记号间的距离L，利用 $y=\frac{4\mathrm{FL}}{\mathrm{\π}{d}^2\mathrm{\ΔL}},$ 即可切除求出杨氏模量y。在钢丝头固定板的制作中，板上用于固定钢丝头的孔成台阶形，相对粗的一端对着桌端外侧，粗孔的孔径取3mm，细孔则对着滑轮架一侧，细孔的孔径取0.5mm，细孔的长度取1mm，并将此孔的长度用标签直接标注在钢丝固定板上，以便于操作者准确测定待测钢丝的原长。此外，还须使此孔的高度和滑轮与钢丝的最高接触点的高度一致。

Claims (3)

1.一种卧式杨氏模量测量仪，由钢丝头固定板、待测钢丝、滑轮、滑轮固定板、砝码盘和读数显微镜构成，其特征是：将钢丝头固定板通过自身的夹紧螺栓固定在桌面的一端，再将滑轮架通过其自身的夹紧螺栓固定在桌面的另一端后，取一段长度为桌面长度1.2-1.4倍的待测钢丝，在其一端打一结，让另一端穿过钢丝头固定板后绕过滑轮并连结砝码盘，使砝码盘垂于桌端下侧，砝码盘须预加砝码1kg，将钢丝拉直，接着用浅色笔在待测钢丝上画一横向记号，调节钢丝头固定板和滑轮架的位置，使待测钢丝与操作者一侧的桌沿呈平行状态，并距此桌沿30-40cm，在钢丝与桌沿之间放置一台卧式读数显微镜，让其物镜端对着钢丝上的记号，物镜中心点的高度须与钢丝的高度一致，目镜端对着操作者，随着砝码盘上砝码数量的改变，用读数显微镜测出待测钢丝记号的每一相对位置，从而测出不同外力F所对应的待测钢丝纵向的形变量ΔL，再用螺旋测微器测出钢丝的直径d，用米尺测出钢丝头固定板与钢丝记号间的距离L，利用 $y=\frac{4\mathrm{FL}}{{\mathrm{\πd}}^2\mathrm{\ΔL}},$ 即可求出杨氏模量y。

2.根据权利要求1所述的卧式杨氏模量测量仪，其特征是：钢丝头固定板上固定钢丝头的孔成台阶形，相对粗的一端对着桌端外侧，粗孔的孔径取3-5mm，细孔则对着滑轮架一侧，细孔的孔径取0.5-0.8mm，细孔的长度取1-2mm，并将此孔的实际长度用标签直接标注在钢丝头固定板上，此孔的高度和滑轮与钢丝的最高接触点的高度一致。

3.根据权利要求1所述的卧式杨氏模量测量仪，其特征是：记号的颜色须与钢丝的颜色有明显差别，记号的宽度为1-2mm，记号的位置设定在距滑轮0.2-0.5m处。

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