CN214472421U - 光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置包括金属丝施力机构、光杠杆机构、激光器和标尺；金属丝施力机构包括方杆、测量台、平台夹头、第一夹头、第二夹头、砝码盘和砝码；方杆上滑动设置套环，方杆与套环之间设置调节螺栓；套环与其右侧的测量台固定连接，测量台上设置竖直方向的通孔；方杆的顶端设置第一夹头；通孔内滑动设置平台夹头；第二夹头的底端连接砝码盘；光杠杆机构包括平面镜、光杠杆右脚、光杠杆左脚和丝杠升降平台；光杠杆左脚的左端设置竖直向下的伸出端；丝杠升降平台的顶面左侧通过轴承与光杠杆右脚转动连接。本实用新型具有确保两个光杠杆右脚底端连接或放置的平面为水平面、防止平面镜掉落且操作简便的特点。

Description

光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置。

背景技术

金属丝受力后会发生形变，但在弹性限度内，其所受到的力与发生的形变之比为一个固定的常量，称作杨氏模量，其大小只与金属丝材料有关。由于材料形变在工程应用中的重要性,杨氏模量测定现如今已成为高等院校物理实验的重要内容之一。实验测量中的关键技术是要对金属丝在拉力作用下长度的微小变化量进行精确测量，对这个微小伸长量的测量实验中大多采用光杠杆法、霍尔传感器和光的干涉法等等。

其中，最为常见的一种实验方法为利用光杠杆法测量杨氏模量，其实验原理是利用光杠杆的放大作用，通过望远镜来观测平面镜里面标尺所呈现的刻度值的变化，刻度值的变化为利用光杠杆放大后的金属丝长度的变化。目前使用的实验装置存在以下问题：1.实验开始需要确保两个光杠杆右脚放置的测量平台的顶面为水平面，现有实验器材一般是实验人员通过操作紧固螺栓来使滑动设置在竖直支撑杆上的测量平台固定，由于测量平台与竖直支撑杆之间配合有间隙，致使当通过紧固螺栓固定测量平台时，测量平台相较于水平面会有一定角度的倾斜；两个光杠杆右脚放置的平面倾斜，导致平面镜产生倾斜，产生实验误差。2.目前平面镜是放置在测量平台上，随着实验的进行，平面镜会产生一定角度的翻转，容易使平面镜从测量平台上掉落；实验人员的操作不当也会使平面镜从测量平台上掉落，造成平面镜破损，产生安全隐患。3.使用望远镜观察并获得测量数据时，实验过程中需要调节望远镜左右、上下位置、调整望远镜光轴与平面镜光轴的水平夹角、竖直方向夹角的关系，调整难度较大，不利于此实验的教学开展。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了确保两个光杠杆右脚底端连接或放置的平面为水平面、防止平面镜掉落且操作简便的光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置，它包括金属丝施力机构、光杠杆机构、激光器和标尺；所述金属丝施力机构包括方杆、测量台、平台夹头、第一夹头、第二夹头、砝码盘和砝码；所述方杆的底端设置底座，所述方杆上滑动设置套环，所述方杆与所述套环之间设置调节螺栓；所述套环与其右侧的测量台固定连接，所述测量台上设置竖直方向的通孔；所述方杆的顶端设置用于固定被测金属丝的第一夹头；所述通孔内滑动设置平台夹头；所述第二夹头的底端连接砝码盘；所述光杠杆机构包括平面镜、位于平面镜下方且前后对称设置的两个光杠杆右脚、固定设置在平面镜的下方且向左延伸的光杠杆左脚和丝杠升降平台；所述光杠杆左脚的左端设置竖直向下的伸出端；所述丝杠升降平台的顶面左侧通过轴承与光杠杆右脚转动连接，所述平面镜右侧的丝杠升降平台上设置用于放置激光器的激光器放置块；所述标尺位于光杠杆机构的右侧。

进一步的，所述平面镜的下方固定设置连接板，所述丝杠升降平台与所述连接板之间设置平面镜竖直状态固定装置，所述平面镜竖直状态固定装置包括固定块、弹簧、拉线和紧固螺栓；所述平面镜下方的丝杠升降平台的顶面设置开口朝上的固定槽，所述固定槽内上下滑动设置固定块，所述固定块的底端通过弹簧与所述固定槽的槽底连接；所述拉线的一端与固定块的底部固定连接后穿过弹簧，另一端穿过设置在固定槽底部的通孔A后穿出所述丝杠升降平台并与设置在丝杠升降平台一侧的紧固螺栓连接；所述连接板的底面设置与所述固定块配合的限位槽。

更进一步的，所述伸出端的底端设置压力传感器的探头，所述压力传感器与控制模块连接，所述控制模块与位于所述连接板顶面的显示器连接。

进一步的，所述激光器放置块为开口朝下的U型限位框，所述连接板的右侧设置向右延伸的限位杆，所述限位杆穿过所述U型限位框。

进一步的，所述激光器放置块的上方设置激光器放置槽。

本实用新型的有益效果是：

平面镜的两个光杠杆右脚分别通过轴承与丝杠升降平台转动连接，避免平面镜掉落到地面上的情况发生。丝杠升降平台的特性保证了只要实验时将丝杠升降平台放置到水平面上，那么丝杠升降平台的顶面为水平面，两个光杠杆右脚与丝杠升降平台的顶面连接，确保了两个光杠杆右脚底端连接的平面为水平面；通过将望远镜替换成激光器，无需调节望远镜，简化了实验操作。平面镜竖直状态固定装置的设置，简化了实验的操作。U型限位框和限位杆的设置，使平面镜避免出现因操作失误而急速翻转并撞击到其它仪器的情况。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

附图1为本实用新型的立体结构示意图；

附图2为本实用新型的主视结构示意图；

附图3为本实用新型光杠杆机构的剖视结构示意图；

附图4为本实用新型的附图3中局部A放大结构示意图；

图中，金属丝施力机构1、方杆101、底座102、测量台103、套环1031、通孔1032、平台夹头104、第一夹头105、第二夹头106、砝码盘107、砝码108、光杠杆机构2、平面镜201、连接板2011、限位槽2012、光杠杆右脚202、光杠杆左脚203、伸出端2031、丝杠升降平台204、固定槽2041、通孔A2042、激光器3、标尺4、调节螺栓5、被测金属丝6、激光器放置槽7、平面镜竖直状态固定装置8、固定块801、弹簧802、拉线803、紧固螺栓804、压力传感器的探头9、显示器10、U型限位框11、限位杆12。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图来详细解释本实用新型的实施方式。

以下方位(如：上、下、左、右、前和后)描述若无具体说明，皆以附图1的方位为准。

如附图1至附图4所示的光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置，它包括金属丝施力机构1、光杠杆机构2、激光器3和标尺4；

金属丝施力机构1包括方杆101、测量台103、平台夹头104、第一夹头105、第二夹头106、砝码盘107和砝码108。方杆101的底端固定设置底座102，方杆101上滑动设置套环1031，即套环1031可沿方杆101上下滑动，方杆101与套环1031之间设置调节螺栓5，如图2所示，调节螺栓5水平设置在套环1031的左侧；拧紧调节螺栓5，调节螺栓5抵住方杆101，套环1031与方杆101之间的位置固定。套环1031与其右侧的测量台103固定连接，即拧紧调节螺栓5可将测量台103的位置锁定。测量台103上设置竖直方向的通孔1032，通孔1032内上下滑动设置平台夹头104，即平台夹头104可在通孔1032内上下滑动且平台接头104可以不与通孔1032接触；通孔1032的设置可以保证被测金属丝6一直处于竖直状态。方杆101的顶端设置用于固定被测金属丝6的第一夹头105，第二夹头106的底端连接砝码盘107。

以下的实验步骤为实验仪器操作步骤，对于被测金属丝6直径的测量、光杠杆左脚203长度的测量、平面镜201到标尺4距离的测量、砝码108数据的记录以及相应的标尺4上数据的记录等数据测量或数据记录的操作与现有的实验步骤相同，故不赘述。

实验准备步骤一：将方杆101下方的底座102放置到水平的实验台上，保证方杆101竖直放置；第一夹头105与被测金属丝6的顶端连接，被测金属丝6上连接平台夹头104，被测金属丝6的底端连接第二夹头106；上下滑动测量台103，直至平台夹头104位于通孔1032内部且平台夹头104可自由的在通孔1032内上下滑动(保证平台夹头104与通孔1032不接触，避免产生的摩擦力影响实验结果)，平台夹头104的上表面与测量台103平齐；砝码盘107通过挂钩与第二夹头106连接。

光杠杆机构2包括平面镜201、位于平面镜201下方且前后对称设置的两个光杠杆右脚202、固定设置在平面镜201的下方且向左延伸的光杠杆左脚203和丝杠升降平台204。光杠杆左脚203与平面镜201垂直，光杠杆左脚203的左端设置竖直向下的伸出端2031。当伸出端2031的底端与光杠杆右脚202的底端位于同一水平面时，平面镜201呈竖直状态。丝杠升降平台204的顶面左侧通过轴承与光杠杆右脚202转动连接，丝杠升降平台204与光杠杆右脚202的可转动连接可以使平面镜201不会掉落到水平的实验平台或者地面上，减少了平面镜201破损的几率。丝杠升降平台204的特性确保了，只要丝杠升降平台204放置在水平的实验台上，那么丝杠升降平台204的顶面为水平面，从而确保两个光杠杆右脚202底端连接的平面为水平面，避免了因平面镜201的倾斜而产生的实验误差。平面镜201右侧的丝杠升降平台204上设置激光器放置块，激光器3放置到激光器放置块上，激光器3所发出的激光可经平面镜201的反射照射到标尺4上，减少调节望远镜的步骤，简化实验步骤。激光器3可以是激光笔。为了减少激光器3掉落的概率，激光器放置块的上方设置激光器放置槽7，激光器3可以放置到激光器放置槽7内。当然，激光器3也用胶带固定到激光器放置块上。标尺4放置到光杠杆机构2的右侧。

实验准备步骤二：将丝杠升降平台204放置到水平的实验台上，调节丝杠升降平台204，使丝杠升降平台204的顶面与测量台103的顶面共面；移动丝杠升降平台204，将光杠杆左脚203的伸出端2031放置到平台夹头104上，从而使平面镜201处于竖直状态；将激光器3打开并向平面镜201照射，将激光器3放置到激光器放置块上，且保证激光器3所发出的激光与平面镜201垂直，即照射到平面镜201上的激光可沿原路反射回来。

实验过程步骤：将标尺4竖直放置到水平的实验台上，将砝码108放置到砝码盘107中，获得激光照射到标尺4上相对应的数值；将砝码108依次叠加，获得相应的标尺4上的数据。如图2中，用虚线表示激光照射的路径。

实验人员通过使平台夹头104的顶面，测量台103的顶面以及丝杠升降平台204共面来保证实验开始前平面镜201处于竖直状态，该过程需要实验人员精准的调节，操作稍有不慎就会产生实验误差。为了简化操作，该实验装置还包括平面镜竖直状态固定装置8。平面镜201的下方固定设置连接板2011，丝杠升降平台204与连接板2011之间设置平面镜竖直状态固定装置8，如图4所示。平面镜竖直状态固定装置8包括固定块801、弹簧802、拉线803和紧固螺栓804。平面镜201下方的丝杠升降平台204的顶面设置开口朝上的固定槽2041，固定槽2041内上下滑动设置固定块801，固定块801的底端通过弹簧802与固定槽2041的槽底连接；拉线803的一端系在固定块801的底部后穿过弹簧802的内部，另一端穿过设置在固定槽2041底部的通孔A2042后穿出丝杠升降平台204并与设置在丝杠升降平台204一侧的紧固螺栓804连接；连接板2011的底面设置与固定块801配合的限位槽2012。拧动紧固螺栓804，使拉线803伸长，固定块801在弹簧802的作用下向上移动，转动平面镜201直至固定块801的顶端伸入限位槽2012中，固定块801伸入限位槽2012时，平面镜201处于竖直状态；拧动紧固螺栓804，使拉线803缩短，固定块801在拉线803的作用下向下运动，直至退出限位槽2012内，固定块801对平面镜201的固定作用解除。通过固定块801将平面镜201的竖直状态固定后，调节丝杠升降平台204的高度并移动丝杠升降平台204使伸出端2031的底端正好与平台夹头104的顶面相接触，拧动紧固螺栓804，将固定块801对平面镜201的固定作用解除，即可使平面镜201处于竖直状态。伸出端2031的底端设置压力传感器的探头9，压力传感器与控制模块连接，控制模块与位于连接板2011顶面的显示器10连接,显示器10显示压力传感器的探头9所受到的压力大小。根据显示器10上的数值来操作丝杠升降平台204的升降运动，以达到伸出端2031的底端正好与平台夹头104的顶面相接触的结果。

为了使该实验装置在使用时，平面镜201避免出现因操作失误而急速翻转并撞击到其它仪器的情况，激光器放置块为开口朝下的U型限位框11，连接板2011的右侧设置向右延伸的限位杆12，限位杆12穿过U型限位框11。限位杆12的重量低于光杠杆左脚203的重量，以保证平面镜201有往光杠杆左脚203的方向倾斜的趋势。

需要说明的是，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置，其特征在于：它包括金属丝施力机构、光杠杆机构、激光器和标尺；

所述金属丝施力机构包括方杆、测量台、平台夹头、第一夹头、第二夹头、砝码盘和砝码；所述方杆的底端设置底座，所述方杆上滑动设置套环，所述方杆与所述套环之间设置调节螺栓；所述套环与其右侧的测量台固定连接，所述测量台上设置竖直方向的通孔；所述方杆的顶端设置用于固定被测金属丝的第一夹头；所述通孔内滑动设置平台夹头；所述第二夹头的底端连接砝码盘；

所述光杠杆机构包括平面镜、位于平面镜下方且前后对称设置的两个光杠杆右脚、固定设置在平面镜的下方且向左延伸的光杠杆左脚和丝杠升降平台；所述光杠杆左脚的左端设置竖直向下的伸出端；所述丝杠升降平台的顶面左侧通过轴承与光杠杆右脚转动连接，所述平面镜右侧的丝杠升降平台上设置用于放置激光器的激光器放置块；所述标尺位于光杠杆机构的右侧。

2.根据权利要求1所述的光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置，其特征在于:所述平面镜的下方固定设置连接板，所述丝杠升降平台与所述连接板之间设置平面镜竖直状态固定装置，所述平面镜竖直状态固定装置包括固定块、弹簧、拉线和紧固螺栓；所述平面镜下方的丝杠升降平台的顶面设置开口朝上的固定槽，所述固定槽内上下滑动设置固定块，所述固定块的底端通过弹簧与所述固定槽的槽底连接；所述拉线的一端与固定块的底部固定连接后穿过弹簧，另一端穿过设置在固定槽底部的通孔A后穿出所述丝杠升降平台并与设置在丝杠升降平台一侧的紧固螺栓连接；所述连接板的底面设置与所述固定块配合的限位槽。

3.根据权利要求2所述的光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置，其特征在于:所述伸出端的底端设置压力传感器的探头，所述压力传感器与控制模块连接，所述控制模块与位于所述连接板顶面的显示器连接。

4.根据权利要求2所述的光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置，其特征在于:所述激光器放置块为开口朝下的U型限位框，所述连接板的右侧设置向右延伸的限位杆，所述限位杆穿过所述U型限位框。

5.根据权利要求1所述的光杠杆测量金属丝杨氏模量实验装置，其特征在于:所述激光器放置块的上方设置激光器放置槽。

Images