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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gè)重要物理量，是工程設(shè)計(jì)上選用材料時(shí)常需設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)基于拉伸法對激光反射法進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理圖如下圖。

改進(jìn)后的激光反射法實(shí)驗(yàn)裝置圖

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（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(gè)孔，拉緊后固定黑線，用毫米刻度尺測量黑線長度，定出中點(diǎn)，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(diǎn)，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(shí)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(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)變得非常簡單，同時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

運(yùn)用改進(jìn)后的激光法一共做了兩組實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)研究[J].曲靖師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，27（06）：49-52.

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

[3]戴薇.楊氏模量測量實(shí)驗(yàn)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?yàn)槲锢韺W(xué)。