YMC-I扬氏模量测定仪说明书选编.doc

PAGE  PAGE 14 YMC使用说明书 仪器的用途 YMC－I型杨氏模量测定仪是高等及中等院校必备的经典教学实验仪器。它是利用光杠杆对金属丝长度的微小形变进行测量的原理，对材料的杨氏模量进行测定的物理实验设备。 主要技术参数 望远镜：放大倍数 30X 　　　　物镜有效孔径 42mm 　　　　视场角 1°26′ 　　　　视距乘常数 100 　　　　最短视距 2M 标　尺：格值 1mm 　　　　长度 30mm 尺读望远镜 　　　　外形尺寸：230×230×500 　　　　全　　重：　　　　　Kg 测量架 　　　　外形尺寸：400×400×1780 　　　　全　　重：　　　　　Kg 实验原理 柱状体受外力作用时的形变量ΔL，柱状体的长度L，截面积S，作用力F，满足虎克定律： 　　　　　　　（1－1） 式中Y称为杨氏弹性模量，其单位为N/m2，是表征材料??应变能力的一个固定参量，由材料的材质决定，与其几何形状无关。 由于一般ΔL很小，常采用光杠杆放大法进行测量，图一为其原理图。 图　一 1、反射镜　　2、与钢丝相连的夹套组件I 3、中托板　　4、标尺　　5、望远镜 初始时，镜面M的法线正好是水平的，假设是理想状态，n0是反射镜M的法线。当金属丝伸长ΔL，光杠杆镜架后尖脚随金属丝下落ΔL，带动M转一θ角，镜面至M’，法线也转过一角度。根据光的反射定律，on0和on的夹角为2θ。 如果反射镜面到标尺的距离为D，后尖脚到前两脚间连线的垂直距离为b，则有： 由于θ很小，所以有： 消去θ，得 　　　　　　　　（1－2） 式中，n-n0=Δn。 由于伸长量ΔL是难测的微小长度，但当取D远大于b后，经光杠杆转换后的量Δn却是较大的量，2D/b决定了光杠杆的放大倍数。这就是光杠杆的放大原理，它已被应用在很多精密测量仪器中。 将式（1－2）代入式（1－1）得： 　　　　　　　　　（1－3） 本实验使钢丝伸长的力F是砝码作用在钢丝上的重力mg，因此，杨氏弹性模量的测量公式为 　　　　　　　　　　　　（1－4） 式中，Δn与m有对应关系，如果m是1个砝码的质量,Δn应是荷重增（或减）1个砝码所引起的光标偏移量；如果Δn是荷重增（或减）4个砝码所引起的光标偏移量，m就应是4个砝码的质量。 仪器组装步骤 本仪器分成二部分，即测量架部件和尺读望远镜部件，其中光杠杆归属测量架部件。 一）、测量架的装配，如图二所示。 地脚组件1装在三角底座2上，把水泡座3用M10×45螺栓紧定在三角座2上，调节地脚组件，使水泡处在中心位置即可。 把支杆组件（即长杆）二根装入水泡座3的两个孔内，用长杆上附带的螺母固定；放上中、上托板8、12，注意中托板有三条横槽面朝上，上托板无上下区分。分别用M10十字胶木螺钉紧定两托板，紧定前，螺钉的内侧螺孔应先置入一个柱形铜顶，这样可在长杆的任意高度上固定两托板，一般上托板距长杆顶端均5cm，中托板距下方水泡座50cm左右，这样可以保证上中托板间钢丝的长度大于80cm。 把钢丝一端连接好卡紧组件6，注意必须卡紧，钢丝另一端先穿过夹套组件I，在组件I距卡紧组件6约3cm处旋紧组件I，使之固定在钢丝上，然后穿过中托板的中心孔；把夹套组件II放入上托板的中心孔内，可以看到组件II的外圆壁上有一浅限位孔，使之对准上托板前端的一颗螺丝，用小螺丝刀旋进该螺丝，至浅孔内，这样组件II就固定在上托板上了；把已装了组件I的钢丝从组件II的中心孔内穿出，当组件I上端与中托板上表面齐平时，旋紧组件II，必须用力旋紧，以防加砝码时钢丝拉脱，这样整个钢丝悬挂系统安装完毕。 把砝码挂钩挂入组件6，此时挂钩与水泡座3应有一定的距离。 打开装望远镜的小木盒，取出其中的反射镜组件9，把盒中的一支七字形支脚长臂放入组件9的圆孔中，并用滚花螺钉固定好；把该组件放在中托板上，七字形支脚的短臂尖脚放在夹套组件I上，适当调节长臂的伸进量，使组件9的两个前尖脚放在中托板的横槽内，用木盒内附置的一根链或绳系住组件9，并连接在支杆上，以免反射镜组件9跌落损坏；把中托板横端的一个止动螺丝旋进夹套组件I的限位槽内，但不可顶死，使保证组件I可随钢丝上下窜动，但不可转动。 二）、尺读望远镜的安装，如图三。 把立杆13与底座21螺纹连接到位（旋到底至旋不动为止） 图二　　测量架组 1、地脚组件　　2、三角底座　　3、水泡座　　4、支杆组件 5、砝码及挂钩　6、卡紧组件　　7、夹套组件I 8、中托板　　　9、反射镜组件　10、钢丝 11、夹套组件II　　12、上托板 图三　　尺读望远镜组架 13、立杆　　　　　14、望远镜　　　　　15、托板 16、可调螺钉　　　17、望远镜座　　　　18、滑套 19、标尺