伸长法测定杨氏模量实验装置的改进.doc

伸长法测定杨氏模量实验装置的改进台上, 用螺旋测微器可以调整该端的高低, 从而实现水准仪的水平调节. 台上, 用螺旋测微器可以调整该端的高低, 25 卷第 8 期大学物理 Vol. 25 No. 8 2006 年 8月 COLL EGE PHYSICS Aug. 2006 物理实验伸长法测定杨氏模量实验装置的改进仲明礼, 王劲松, 仲伟路( 潍坊学院物理与电子科学系, 山东潍坊 261061) 摘要: 根据光杠杆的原理, 借助于激光器、反射镜等器件, 设计制作了一个高精度水准仪; 用螺旋测微器测量水准仪平移的距离, 从而得到钢丝长度的微小变化值. 改进后的实验装置科学直观, 准确度高, 重复性好. 关键词: 杨氏模量; 水准仪; 反射镜;氦- 氖激光器; 螺旋测微器中图分类号:O 4233 文献标识码:A 文章编号:100020712 (2006) 0820033203 伸长法测定杨氏模量是一个传统的物理实验, 在仪器的调整和实验数据处理方面对培养学生的实验技能有着重要的作用, 但也是一个难度较大的力学实验. 我们在保持实验数据处理方法不变的前提下科学, 简洁直观, 便于学生理解和掌握, 而且准确度, 对仪器进行了改进, 改进后的实验装置不仅原理高, 实验装置的改进如图 1 所示, 用水平平台、反射镜、氦- 氖激光器、单孔光屏组成一个高精度水准仪. 水平平台的一 1. 钢丝;2. 水平平台;3. 反射镜;4. 氦- 氖激光器; 5. 单孔光屏;6. 螺旋测微器;7. 螺旋测微器固定螺丝; 8. 固定平台;9. 钢丝夹;10. 砝码图1 实验装置图端用固定于钢丝夹上的刀口支撑起来, 并可随钢丝长度的变化上下移动; 另一端用螺旋测微器的测量杆支撑起来, 螺旋测微器用固定螺丝固定于固定平在水平平台上, 铅直放置反射镜, 激光器通过光屏中心的小孔射出激光束, 经反射镜反射回来的激光束在光屏上形成光斑, 根据光斑中心与小孔的中心是否重合, 来判定水准仪是否水平. 如果初始状态水准仪是水平状态, 当增加或减少砝码后钢丝的长度发生变化, 水准仪不再水平,此时, 调整螺旋测微器的测量杆可使水准仪重新达到水平状态, 需要改造和制作的器件 1) 钢丝下端的钢丝夹的改造将钢丝夹的外套环从仪器上取下来, 在接近上端的位置沿直径方向加工一对丝孔, 丝孔的外径为 3~4 mm. 取一根直径为 3~4 mm 、一端有螺纹的螺丝杆, 把没有螺纹的一段加工成刀刃形状, 有螺纹的一段旋入钢丝夹外套环的丝孔里, 形成如图 2 所示的钢丝夹. 2) 水平平台的制作取一块长约 90 mm 、宽约 30 mm 、厚约 5 mm的铁板, 加工成如图 3 的形状. 上端的两翼长约 12~ 15 mm, 在其中间位置加工上刀口槽; 在下端的中央加收稿日期:2005-11-04 基金项目: 山东省高等学校实验技术研究立项项目(126) 作者简介: 仲明礼(1961 —),男, 山东寒亭人, 潍坊学院物理与电子科学系副教授, 从事物理实验的教学与研究工作. 34大学物理第 25卷图2 钢丝夹固定平台就是原装置[1] 上用于放置光杠杆的平台, 只是需要加工出一个放置螺旋测微器的孔, 此孔的中心位置应与水平平台上半透孔的中心位置对应. 为了便于调整螺旋测微器测量杆的中心位置,使之与水平平台上半透孔的中心完全重合, 孔的直径应比螺旋测微器的外径大一点, 一般取 20 mm. 另外还需要加工一个螺丝孔, 以便能用螺丝(图1 中的螺丝 7) 将螺旋测微器固定于固定平台上. 3 实验步骤 1) 按照图 1 所示放置好水平平台和反射镜,在砝码托上加上 1 kg 的本底砝码, 将钢丝拉直. 调整支架铅直, 使装置中的摩擦力最小. 在距离钢丝支架约2m 远处, 放置单孔光屏和激光器, 目测调节激光器水平, 并使激光束穿过光屏中心的小孔到反射镜. 2) 经反射镜返回的激光束在光屏上形成光斑, 调整螺旋测微器测量杆的高低和反射镜的方位,使图3 水平平台工一个半透孔, 半透孔中心位置的选取, 应考虑到与螺旋测微器测量杆的中心位置相对应. 3) 螺旋测微器的改造将螺旋测微器的锁紧手柄( 制动器) 拆除, 锯掉弓架部分, 并将测量杆前端磨尖, 如图 4 所示( 有条件的地区可直接添置测微螺杆). 4) 固定平台的改造图4 改造后的螺旋测微器( 也可直接购置测微螺杆) 光斑的中心与光屏上入射孔的中心重合, 此时水准仪水平, 记录螺旋测微器的读数 x1. 3) 逐次增加砝码, 每次增加 1 kg, 每次增加砝码后都要转动螺旋测微器的测量杆使水准仪水平, 即光斑的中心与光屏上入射孔的中心重合, 记录螺旋测微器上相应的读数