YMC-I扬氏模量测定仪说明书

1YMC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：Kg2三、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：LLYSF（1－1）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ΔL很小，常采用光杠杆放大法进行测量，图一为其原理图。ΔLθθ'θ图一1、反射镜2、与钢丝相连的夹套组件I3、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3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：DnnbL02tantan由于θ很小，所以有：DnnbL02消去θ，得nDbDbnnL220（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：nbdFLDLSFLY182（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4nbdmgLDY182（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。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5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）6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I8、中托板9、反射镜组件10、钢丝11、夹套组件II12、上托板7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82、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。92M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。102、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in,用逐差法求出在增减四个砝码时钢丝的平均偏移量Δn。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：11序号i砝码质量m/kg光标示值ni/cm光标偏移量Δn=ni+4-ni/cm偏差｜δ(Δn)｜增荷时减荷时平均值01234nn567钢丝微小伸长量的放大量的测量结果为Δn＝（±）cm2、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/mm3、依次测L、D、b值：L＝（±）mD＝（±）mb＝（±）m4、代入公式，计量出钢丝的杨氏弹性模量，如有计算不12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13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II1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I1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1414、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。