YMCI扬氏模量测定仪说明书资料.docx
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YMCI扬氏模量测定仪说明书资料
YMC使用说明书
一、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。
二、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
1
三、实验原理
柱状体受外力作用时的形变量L,柱状体的长度L,截面
积S,作用力F,满足虎克定律:
F
L
(1-1)
Y
L
S
式中Y称为杨氏弹性模量,其单位为
N/m2,是表征材料抗
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L很小,常采用光杠杆放大法进行测量,图一为其原理图。
'
θ
θ
θ
L
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L,光杠杆镜架后尖脚随
2
金属丝下落L,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:
L
n
n0
tan
tan2
D
b
由于θ很小,所以有:
L
nn
0
b
2
D
消去θ,得
nn0
bb
(1-2)
L
n
2D
2D
式中,n-n0=
n。
由于伸长量
L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n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:
Y
FL
8FLD
1
SL
d2b
(1-3)
n
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
3
8mgLD
1
(1-4)
Y
2b
n
d
式中,
n与m有对应关系,如果m是1个砝码的质量,
n
应是荷重增(或减)
1个砝码所引起的光标偏移量;如果
n
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。
四、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。
1、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。
2、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。
3、把钢丝一端连接好卡紧组件6,注意必须卡紧,钢丝
4
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。
4、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。
5、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。
1、把立杆13与底座21螺纹连接到位(旋到底至旋不动
为止)
5
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II12、上托板
6
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
20
、标尺座
21、底座
7
2、依次把标尺座20、望远镜座17(望远镜已装在其上)
放入立杆13,分别固定在适当位置,标尺座与望远镜座可紧挨
着。
3、把标尺19放入标尺座20至中间位置,并固定标尺,
标尺红段朝上,这样通过望远镜的反像作用可看见标尺刻字的
正像。
4、分别检查望远镜各调节部件是否转动灵活(可调螺钉
6,目镜调节圈和调焦手轮)
三)、放置如图四(供参考)
1、一般尺读望远镜安置在实验桌上时,考虑到操作者坐
姿,其眼睛离地110cm左右,故望远镜的离地高度也为110cm
左右,因要求望远镜与光杠杆反射镜水平,所以测量架部件应
垫高放置,常规可垫高30-40cm;为美观,可沿墙做一矮柜,
用以放置测量架。
2、用望远镜来观察光杠杆反射镜中标尺的像,望远镜与
反射镜的距离应保持在2m以上。
3、要求测量架靠有窗户的墙放置,可保证标尺上有足够
的光亮度使望远镜中视场清晰,且室内外照明条件应良好;有
条件时,可放一小台灯照明标尺。
8
>2M
图四
1、开有窗户的墙2、测量架3、矮柜
4、尺读望远镜5、实验桌(台)
五、结构特点
1、使用大口径Φ50mm反射镜,镜面采用K9光学玻璃,
真空镀膜,使之反射较高,找像容易,成像清晰。
2、望远镜为工程水准仪改制,大口径,大景深,成像质量高。
3、为防止钢丝扭转,中托板上设有限位螺钉,钢丝与砝
码挂钩只能上下窜动,不能圆周转动,使实验误差减少。
六、实验操作
1、实验中一般为二人合作完成,其中一人(下文中称甲)
负责调节反射镜和增减砝码,另一人(下文中称乙)负责调节望远镜并读数,然后互换。
9
2、乙目测望远镜与反射镜是否水平,并根据需要要求甲
调节反射镜的俯仰;乙通过望远镜同时调节调焦旋钮,找到标
尺像,此过程中可适当移动尺读望远镜部件的位置,以使找像
迅速准确,要求看到的标尺像大致在红黑相间部位,如不在可
适当调节标尺的位置,或望远镜在立杆上的位置。
3、
由甲逐次增加砝码,乙记录相应的读数
ni,一为8次;
然后再逐个取下,并记录相应的读数
ni’。
4、
增减砝码时,动作要轻柔,以免造成钢丝剧烈晃动影
响读数。
5、
计算出同一负荷下标尺的读数平均值
ni,用逐差法求
出在增减四个砝码时钢丝的平均偏移量
n。
6、
用卷尺(自备)测取夹紧部件
I、II
之间(必须是夹
紧点起计)的钢丝长度
L和反射镜至标尺的距离
D。
7、
用短尺(自备)量取光杠杆短臂尖脚至组件
9的两个
尖脚连线的垂直距离b。
8、用千分尺(自备)测取钢丝直径d,由于钢丝直径可
能不均匀,应在上、中、下各部位进行测量,每位置在相互垂直的方向各测一次(要求不高时可免)。
七、数据处理
1、测量钢丝的微小伸长量,记录表如下:
10
序号砝码质量
光标示值ni/cm
光标偏移量
偏差
im/kg
增荷时减荷时平均值
i+4
i
|δ(
n)|
n=n
-n/cm
0
1
2
3
4
n
n
5
6
7
钢丝微小伸长量的放大量的测量结果为
n=(±)cm
2、测量钢丝直径记录表d0=mm;
测量部位上部中部下部平均值
测量方向纵向横向纵向横向纵向横向
D/mm
3、依次测L、D、b值:
L=(±)m
D=(±)m
b=(±)m
4、代入公式,计量出钢丝的杨氏弹性模量,如有计算不
11
确定度要求,请按相关要求计算。
八、仪器的保管和维护
1、望远镜的调焦旋钮调节时应轻柔,尤其是在两端感觉
已被限位时,不能用力,否则易损坏;不用时应用镜罩遮挡物
镜、目镜,或用袋形物套住望远镜。
2、仪器要放在干燥通风、无腐蚀性气体的室内,并防止
突然撞击与强烈振动。
3、反射镜上有灰尘、污迹时,用擦镜纸擦去,切勿用手
指、粗布擦,以免镜面起毛,影响观察和读数的准确。
4、调试仪器时,切记要用手托住移动部分,然后旋松锁
紧手轮,以免相互撞击。
5、各手轮及可动部分如发生阻滞不灵现象时,应立即检
查原因,切勿强扭,以防损坏仪器结构或机件,不用时要常上油,以防止生锈。
九、全套仪器及附件
仪器组成:
测量架
1台
反射镜组
1组
尺读望远镜
1台
使用说明书
1份
12
合格证
1份
附件组成:
砝码(1kg/只)
8只
挂钩
1只
钢丝
1.5米(约)
十、装箱单
1号装箱
2号装箱
1、三角底座
1只
1、反射镜组件
1
套
2、底座
1只
2、望远镜组件
1
套
3、上托板
1只
3、标尺组件
1
套
4、中托板
1只
4、支杆组件
2
根(净高145cm)
5、水泡座
1只
5、立杆
1
根(净高52cm)
6、夹套组件II
1只
6、标尺
1
把
7、砝码
8只
7、悬挂链或绳
1
根
8、砝码挂钩
1只
8、合格证
1
张
9、夹套组件I
1只
9、说明书
1
份
10、卡紧组件
1套
11、地脚组件
3只
12、Φ0.8钢丝
1.5M(发货时直径将有所变化,
以实验中实际测量为准)
13、柱形铜顶
4只
13
14、M10×45螺栓
3只
15、M10胶木螺钉
4只
注:
按用户购买数量,部分组件如长杆等,将可能集中组
装成箱,其他部件也可能混装,请用户根据所购数量逐一清点
各项组件。
14
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