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        激光反射法測量金屬絲楊氏模量的改進(jìn)

        2019-09-04 01:23:49黎綺鏇劉樹娜程麗樺
        科技風(fēng) 2019年21期
        關(guān)鍵詞:楊氏模量

        黎綺鏇 劉樹娜 程麗樺

        摘 要:金屬絲的楊氏模量是衡量其材質(zhì)的重要參數(shù),激光反射法相比于傳統(tǒng)光杠桿法有所改進(jìn),但仍存在光斑較大,讀數(shù)不易等誤差,基于此現(xiàn)狀,對激光反射法進(jìn)行了改進(jìn),在光杠桿的平面反射鏡上增加一條水平黑線。實驗結(jié)果表明讀取光斑暗線比讀取光斑中心更為精確,與標(biāo)準(zhǔn)值吻合,標(biāo)準(zhǔn)偏差最小、實驗精度最高。

        關(guān)鍵詞:楊氏模量;激光反射法;光杠桿;儀器改進(jìn)

        楊氏模量是表征固體材料性質(zhì)的一個重要物理量,是工程設(shè)計上選用材料時常需設(shè)計的重要參數(shù)。本實驗基于拉伸法對激光反射法進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新,設(shè)計出利用改進(jìn)后的激光反射的方法測量金屬絲的楊氏模量。

        1 實驗原理

        激光反射法是將激光器代替將傳統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡,將其垂直固定于帶有小孔的標(biāo)尺上,標(biāo)尺垂直于地面。但由于激光器被固定在標(biāo)尺上,而標(biāo)尺離光杠桿有一定距離,導(dǎo)致在標(biāo)尺上的光斑較大,讀數(shù)有較大誤差。[1,2]

        基于這種情況,現(xiàn)將激光器移至標(biāo)尺前,調(diào)節(jié)光杠桿鏡面傾斜,消去光杠桿鏡面傾斜的相對誤差。并在光杠桿的平面反射鏡中間貼上一條水平黑線,使反射到標(biāo)尺的激光光斑上有一條較暗的水平線條,以此暗線在標(biāo)尺上的位置進(jìn)行讀數(shù)。實驗原理圖如下圖。

        改進(jìn)后的激光反射法實驗裝置圖

        2 實驗設(shè)計

        (1)將水平氣泡儀放在光杠桿平臺上,觀察傾斜程度,通過在楊氏模量測量儀三角底座疊紙張的方式調(diào)整至平臺水平,從而使鏡面鉛直,從而消去光杠桿鏡面傾斜的相對誤差。[3]

        (2)用黑線穿過楊氏模量測量儀底座的兩個孔,拉緊后固定黑線,用毫米刻度尺測量黑線長度,定出中點,并做上白色標(biāo)記。用另一黑線從底座三角形頂角出發(fā),穿過中點,延長向墻邊,定出墻上此位置,然后在此位置懸掛鉛直標(biāo)尺。目的是使激光的入射光線和反射光線處于同一鉛直平面。

        (3)使激光器與光杠桿上的反射鏡處于同一水平高度,并使其底部中線與黑線重疊。

        (4)將一反光鏡放置于光杠桿平臺板上,置于光杠桿反光鏡正前方。調(diào)節(jié)激光器左右螺絲與俯仰螺絲,使激光器發(fā)出的光線回到激光器,從而使激光發(fā)出的光線水平。

        (5)在光杠桿的平面反射鏡中間貼上一條水平黑線,使反射到標(biāo)尺的激光光斑上有一條較暗的水平線條,以此暗線在標(biāo)尺上的位置進(jìn)行讀數(shù)。讀數(shù)時用眼睛讀取光斑中心較暗的水平條帶在直尺上的位置,這樣減小了讀數(shù)的困難,使實驗調(diào)節(jié)變得非常簡單,同時也提高了測量的精度。

        最后,為了使激光的光斑投影的軌跡范圍在鉛直墻面上,需要在光杠桿后足尖墊上一小螺絲,使光杠桿反光鏡的起始角度接近鉛直。

        3 實驗結(jié)果

        運用改進(jìn)后的激光法一共做了兩組實驗,分別是讀光斑暗線和讀光斑中心。測得金屬絲原長L為73.75cm,反射鏡到鋼尺距離H為2050mm,光杠桿常數(shù)D為26.76mm,金屬絲平均直徑為0.638 mm。每次拉力增加0.5kg,記錄鋼尺的刻度。以下為兩組實驗對應(yīng)的數(shù)據(jù):

        4 結(jié)論

        針對激光反射法在標(biāo)尺上的光斑較大,讀數(shù)有誤差的情況,對激光器的位置進(jìn)行調(diào)整,并在光杠桿的平面反射鏡中間貼上一水平黑線。實驗結(jié)果表明,利用改進(jìn)后的激光反射法,讀取光斑暗線比讀取光斑中心更為精確,與標(biāo)準(zhǔn)值吻合,標(biāo)準(zhǔn)偏差最小、實驗精度最高。

        參考文獻(xiàn):

        [1]姬忠濤,王連友,陶淑芬.利用激光測量金屬絲楊氏模量的實驗研究[J].曲靖師范學(xué)院學(xué)報,2008,27(06):49-52.

        [2]應(yīng)雄純.楊氏模量實驗誤差問題探討[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報,2000(S1):7-9.

        [3]戴薇.楊氏模量測量實驗方法的改進(jìn)[J].技術(shù)物理教學(xué),2007(01):45-46.

        作者簡歷:黎綺鏇(1998-),女,廣東佛山人,在讀學(xué)生,主要研究方向為物理學(xué)。

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