CN209961611U - 一种基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置。现有的器材调节非常复杂，测量结果存在一定误差。本实用新型中尺读望远镜上设置有水平仪，镜头盖的中心位置设置有调整激光器。尺读望远镜上竖直设置有调整标尺，调整标尺上设置有游标，游标上设置有测定激光器、半圆形的量角板、量角指针、止动旋钮。本实用新型作为测量金属丝杨氏模量实验参数的装置，既可快速调节光路，又可简单精确测量金属丝原长和镜面到标尺距离，简化测量操作，节省测量时间，提高测量精度。作为测量固体线胀系数的装置，可以快速调节光路，使之满足实验要求。本实用新型能够快速调节光路，进行精确测量，简化测量操作，节省测量时间，提高测量精度。

Description

一种基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置

技术领域

本实用新型属于实验器材技术领域，涉及一种基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置，具体是可作为杨氏模量测定仪及固体线胀系数测定仪的基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置。

背景技术

利用光杠杆测量金属丝杨氏模量，以及固体线胀系数的实验是大学物理实验中的经典实验之一，传统的利用光杠杆测量杨氏模量测定仪或固体线胀系数测定仪中的尺读望远镜没有激光器和刻度，反射射光路的调节和实验参数的测定均存在不足。该实验关键环节之一是反射光路的调节，利用现有技术，其操作方法是通过肉眼观察光杠杆的平面镜与尺读望远镜是否处于同一水平高度，平面镜镜面与望远镜镜筒是否垂直。这种调节方式操作非常复杂，且需要进行反复调整，存在一定难度。此外，在测量金属丝杨氏模量实验中，测量金属丝的原长和平面镜镜面到标尺距离都是通过卷尺等测量工具测量，由于金属丝两端设有螺丝夹，给精确测量带来一定困难；在测量平面镜镜面到标尺距离测量时，由于两者相距较远，测量通常需要两个人共同完成，且测量结果存在一定误差。

发明内容

本实用新型目的就是针对该实验传统测量装置存在的问题，提供一种基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置。

本实用新型的装置包括光杠杆和调整测定装置。

所述的光杠杆包括平面镜、平面镜支架、平面镜平台、活动块。

平面镜支架包括平面镜安装座和三个支脚，平面镜设置在平面镜安装座上，三个支脚的脚尖呈等腰三角形分布，平面镜的镜面与三个支脚脚尖构成的平面垂直，等腰三角形分布的三个支脚脚尖中的处于底角的两个支脚脚尖连线与平面镜1镜面平行。

活动块设置在平面镜平台内，可沿竖直方向滑动；平面镜和平面镜支架设置在平面镜平台上，等腰三角形分布的三个支脚脚尖中的处于顶角的支脚脚尖位于活动块顶面；初始状态下，活动块的中心垂直轴线与平面镜镜面平行。

所述的调整测定装置包括支架、尺读望远镜、测定标尺、调整激光器、调整标尺、测定激光器、量角板、量角指针。

支架包括支架底座和支杆，支架底座水平设置，支杆竖直设置，支杆一端与支架底座固定连接。

竖直移动定位块设置在支杆上，可沿支杆竖直方向移动，并通过螺钉锁紧。尺读望远镜水平固定在竖直移动定位块上，测定标尺竖直固定在竖直移动定位块上；水平仪设置在尺读望远镜上，并与望远镜视准轴平行，用于调整尺读望远镜视准轴的水平位置；调整激光器固定设置在尺读望远镜的镜头盖的中心位置，其激光光路与调整尺读望远镜视准轴一致。

尺读望远镜上设置有调整标尺，调整标尺竖直设置，其延伸的0刻度位于调整尺读望远镜视准轴位置。调整标尺上设置有游标，游标可沿调整标尺竖直方向移动，并通过螺钉锁紧。

游标上设置有测定激光器、半圆形的量角板、量角指针、止动旋钮。测定激光器和量角指针位于同一直线上，且与量角板的0度角直线处于同一水平面上，测定激光器光路方向与量角指针的指向相反；测定激光器的尾部与量角指针的尾部相接，并与量角板的圆心处于同一水平面上，该处设置有止动旋钮；当测定激光器以尾部为圆心转动时，量角指针同时以尾部为圆心转动，旋转角度通过止动旋钮控制。

本实用新型作为测量金属丝杨氏模量实验参数的装置，该装置既可快速调节光路，又可简单精确测量金属丝原长和镜面到标尺距离，简化测量操作，节省测量时间，提高测量精度。

本实用新型作为测量固体线胀系数的装置，可以快速调节光路，使之满足实验要求。

本实用新型能够快速调节光路，进行精确测量，简化测量操作，节省测量时间，提高测量精度，易于推广应用。

附图说明

图1为本实用新型中光杠杆的结构示意图；

图2为本实用新型中调整测定装置的正面结构示意图；

图3为本实用新型中调整测定装置的侧面结构示意图；

图4为本实用新型一种测距方法示意图；

图5为本实用新型另一种测距方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

一种基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置，包括光杠杆和调整测定装置。

如图1所示，光杠杆包括平面镜1、平面镜支架2、平面镜平台3、活动块4。

平面镜支架2包括平面镜安装座2-1和三个支脚2-2，平面镜1设置在平面镜安装座2-1上，三个支脚2-2的脚尖呈等腰三角形分布，平面镜1的镜面与三个支脚脚尖构成的平面垂直，等腰三角形分布的三个支脚脚尖中的处于底角的两个支脚脚尖连线与平面镜1镜面平行。

活动块4设置在平面镜平台3内，可沿竖直方向滑动；平面镜1和平面镜支架2设置在平面镜平台3上，等腰三角形分布的三个支脚脚尖中的处于顶角的支脚脚尖位于活动块4顶面；初始状态下，活动块4的中心垂直轴线与平面镜1镜面平行。

如图2和3所示，所述的调整测定装置包括支架5、尺读望远镜7、测定标尺8、调整激光器10、调整标尺11、测定激光器12、量角板13、量角指针14。

支架5包括支架底座5-1和支杆5-2，支架底座5-1水平设置，支杆5-2竖直设置，一端与支架底座5-1固定连接。

竖直移动定位块6设置在支杆5-2上，可沿支杆5-2竖直方向移动，并通过螺钉锁紧。尺读望远镜7水平固定在竖直移动定位块6上，测定标尺8竖直固定在竖直移动定位块6上；水平仪9设置在尺读望远镜7上，并与望远镜视准轴平行，用于调整尺读望远镜视准轴的水平位置；调整激光器10固定设置在尺读望远镜7的镜头盖7-1的中心位置，其激光光路与调整尺读望远镜视准轴一致。

尺读望远镜7上设置有调整标尺11，调整标尺11竖直设置，其延伸的0刻度位于调整尺读望远镜视准轴位置。调整标尺11上设置有游标11-1，游标11-1可沿调整标尺11竖直方向移动，并通过螺钉锁紧。

游标11-1上设置有测定激光器12、半圆形的量角板13、量角指针14、止动旋钮15。测定激光器12和量角指针14位于同一直线上，且与量角板13的0度角直线处于同一水平面上，测定激光器12光路方向与量角指针14的指向相反；测定激光器12的尾部与量角指针14的尾部相接，并与量角板13的圆心处于同一水平面上，该处设置有止动旋钮15；当测定激光器12以尾部为圆心转动时，量角指针14以尾部为圆心同步转动，旋转角度通过止动旋钮15控制。

实施例1,作为杨氏模量测定仪：

将待测钢丝的一端用夹头夹紧(夹头设置在光杠杆支架的上部)，另一端固定光杠杆的活动块4上，调整夹头位置，使钢丝拉直，并且活动块4顶面与平面镜平台3基本一致，平面镜支架3的三个支脚脚尖位于同一水平平面上，平面镜1的镜面处于竖直状态。

开启调整激光器10，通过水平仪9调整尺读望远镜视准轴的水平位置，使尺读望远镜保持水平，直到调整激光器10发射的激光通过平面镜1反射后原路返回(两条光线处于同一光路)，调节尺读望远镜焦距，即可通过尺读望远镜观察到测定标尺8的像，光路调节完成。

测量平面镜1镜面到测定标尺8的距离d：如图4所示，光路调节完成后，开启测定激光器12，旋转测定激光器12的角度，使其发射的激光束与调整激光器10发射激光束汇聚于平面镜1平面上。测定激光器12转动时，量角指针14同步转动，通过量角板13读出转动角度α，通过调整标尺11量出测定激光器12尾部距离尺读望远镜7视准轴的高度h，根据三角函数得到镜面到测定标尺8的距离d，d＝h/tanα。

进行金属丝杨氏模量测量实验：取下连同调整激光器10的镜头盖7-1，活动块4下方逐次加一个砝码，在尺读望远镜中读计对应标尺的位置；然后将所加砝码逐次去掉(每次减一个)，读取并记录相应读数，即被测金属丝被拉伸的长度ΔL。

测量金属丝原长L：如图5所示，完成杨氏模量测量实验，移开连同平面镜1的平面镜支架2，旋转测定激光器12的角度至水平状态，使其发射的激光束与量角板零刻度线对齐。将竖直移动定位块6下移，调整测定激光器12水平高度，使激光束与金属丝末端(金属丝与活动块相接处)处于同一水平高度后。再次旋转测定激光器12的角度，使激光束指向金属丝的初端(金属丝与夹头相接处)，读取量角板上激光束所在位置的角度β。根据三角函数关系求出金属丝原长L,即：L＝(d+b)tanβ，其中b为光杠杆常数，即平面镜安装座2-1的三个支脚2-2脚尖构成等腰三角形的高。

计算被测金属丝的杨氏模量E：其中F为所加砝码的力，S为金属丝的横截面积，通过游标卡尺测出金属丝横截面直径D，

实施例2,作为固体线胀系数测定仪：

量取被测铜管的长度L，将被测铜管置于加热套筒内，光杠杆置于加热套筒顶部，被测铜管的顶部抵在活动块4的底部。

开启调整激光器10，通过水平仪9调整尺读望远镜视准轴的水平位置，使尺读望远镜保持水平，直到调整激光器10发射的激光通过平面镜1反射后原路返回，调节尺读望远镜焦距，即可通过尺读望远镜观察到测定标尺8的像，光路调节完成。

进行固体线胀系数测量实验：取下连同调整激光器10的镜头盖7-1，逐渐升高加热套筒的温度，每次升高温度为Δt，读取并记录相应读数，即被测铜管伸长的长度ΔL。

计算被测铜管的线胀系数α：

由以上实施例可以看出，本实用新型能够快速调节光路，简化测量操作，节省测量时间。

Claims (2)

1.一种基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置，包括光杠杆和调整测定装置；

所述的光杠杆包括平面镜(1)、平面镜支架(2)、平面镜平台(3)、活动块(4)；

平面镜支架(2)包括平面镜安装座(2-1)和三个支脚(2-2)，平面镜(1)设置在平面镜安装座(2-1)上，三个支脚(2-2)的脚尖呈等腰三角形分布，平面镜(1)的镜面与三个支脚脚尖构成的平面垂直，等腰三角形分布的三个支脚脚尖中的处于底角的两个支脚脚尖连线与平面镜(1)的镜面平行；

活动块(4)设置在平面镜平台(3)内，可沿竖直方向滑动；平面镜(1)和平面镜支架(2)设置在平面镜平台(3)上，等腰三角形分布的三个支脚脚尖中的处于顶角的支脚脚尖位于活动块(4)顶面；初始状态下，活动块(4)的中心垂直轴线与平面镜(1)镜面平行；

其特征在于：所述的调整测定装置包括支架(5)、尺读望远镜(7)、测定标尺(8)、调整激光器(10)、调整标尺(11)、测定激光器(12)、量角板(13)、量角指针(14)；

支架(5)包括支架底座(5-1)和支杆(5-2)，支架底座(5-1)水平设置，支杆(5-2)竖直设置，一端与支架底座(5-1)固定连接；

竖直移动定位块(6)设置在支杆(5-2)上，可沿支杆(5-2)竖直方向移动，并通过螺钉锁紧；尺读望远镜(7)水平固定在竖直移动定位块(6)上，测定标尺(8)竖直固定在竖直移动定位块(6)上；水平仪设置在尺读望远镜(7)上，并与望远镜视准轴平行，用于调整尺读望远镜视准轴的水平位置；调整激光器(10)固定设置在尺读望远镜(7)的镜头盖的中心位置，其激光光路与调整尺读望远镜视准轴一致；

尺读望远镜(7)上竖直设置有调整标尺(11)，调整标尺(11)上设置有游标(11-1)，游标(11-1)可沿调整标尺(11)竖直方向移动，并通过螺钉锁紧；游标(11-1)上设置有测定激光器(12)、半圆形的量角板(13)、量角指针(14)、止动旋钮(15)；测定激光器(12)和量角指针(14)位于同一直线上，且与量角板(13)的0度角直线处于同一水平面上，测定激光器(12)光路方向与量角指针(14)的指向相反；测定激光器(12)的尾部与量角指针(14)的尾部相接，并与量角板(13)的圆心处于同一水平面上，该处设置有止动旋钮(15)；当测定激光器(12)以尾部为圆心转动时，量角指针(14)同时以尾部为圆心转动，旋转角度通过止动旋钮(15)控制。

2.如权利要求1所述的一种基于尺读望远镜及光杠杆的测定装置，其特征在于所述的调整标尺(11)竖直设置，其延伸的0刻度位于调整尺读望远镜视准轴位置。

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