[实用新型]一种测量金属丝的杨氏模量和泊松比综合物理实验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量金属丝的杨氏模量和泊松比综合物理实验仪，综合了劈尖干涉法测金属丝直径、钠黄光双线的干涉条纹、热电偶温差效应、金属丝的杨氏模量与泊松比等力学、电学、光学领域多个物理量的测量装置。

背景技术

目前国内相关的物理实验装置功能较单一，操作比较简单，对操作者的动手能力与科学素质的要求不高。比如测金属丝直径常用游标卡尺、螺旋测微器或干涉法等；测温度的有水银温度计、热敏电阻、热电偶等；研究钠黄光双线的有单色仪等装置；测杨氏模量常用拉伸法（结合光杠杆放大位移）、弯梁法、共振吸收法等；对于泊松比的测量，科研工作中常用的有引申计法等直接测量方法，也有表面声波法、干涉法、应变片电测法等间接测量法，而专门测泊松比的教学装置很少见。

实用新型内容

本实用新型技术解决问题：克服现有技术功能单一、对操作者的科研素养与动手能力训练不够的问题，提供一种测量金属丝的杨氏模量和泊松比综合物理实验仪，测量精度高，结构简单，造价低廉，可用于物理实验教学，也可用于相关物理量比如泊松比的科学研究。

本实用新型技术解决方案：一种测量金属丝的杨氏模量和泊松比综合物理实验仪，包括：金属丝101、架设金属丝的支架102、增砣砝码及砝码托盘103、读数显微镜104、两片玻璃劈尖105、低压钠灯106、干电池107、第一交直流电阻箱108、第二交直流电阻箱109、数字万用表110、微伏表111、导线112和卷尺113；

两片玻璃劈尖105的一端夹住金属丝101后置于读数显微镜104的载物台上，与低压钠灯106一起构成一套劈尖干涉法测金属丝101直径的光学测量系统；

架设金属丝的支架102上安装开关盒1021、分压器盒1022、滑轮1023、高度调节螺栓1024及悬挂金属丝的螺栓1025；金属丝101的一端固定在螺栓1025上，另一端悬挂砝码103；

利用导线112将干电池107、开关盒1021、分压器盒1022连接起来构成一个分压电路的主回路；分压支路由一个非平衡电桥电路构成，三个桥臂R₁、R₂、R₃，R₁、R₂、R₃取相同阻值，均采用精度0.2级、最小档位为0.1Ω的第一交直流电阻箱108；R₄与金属丝101构成第四臂，其中R₄采用精度0.1级、最小档位为0.01Ω的第二交直流电阻箱109；整个支路的分压由数字万用表110给出，桥电压U_g由微伏表111测量。

所述架设金属丝的支架102加工成弓形结构，其上安装了开关2021、分压器盒2022、滑轮2023、高度调节螺栓2024及悬挂金属丝的螺栓2025；其中分压器盒中安装1个电位器和3个接线柱，电位器的总电阻取1～2kΩ；金属丝的一端固定在螺栓2025上，另一端跨过滑轮2023后再悬挂砝码203。

所述金属丝101是电阻对拉力敏感的合金丝，包括康铜丝或镍铬丝。

本实用新型的工作过程为：

1.按图1连接电路，非平衡电桥调至平衡状态。调节高度调节螺栓1024，使金属丝101水平。

2.用卷尺113测量金属丝101的长度L。

3.用干涉法测量金属丝101直径。原理图见图3，采用钠灯106作光源，用2片玻璃劈尖105夹住金属丝101并置于读数显微镜104的载物台上，构成劈尖干涉法测金属丝101直径的光学系统。

4.研究钠黄光双线对干涉条纹的消光现象。移动读数显微镜104的目镜可以看到有些区域的干涉条纹完全消失，该现象可用钠黄光双线进行解释。

5.观测热电偶的温差电效应。用手或其它热源靠近金属丝101任一端的焊点时，微伏表111读数会有明显的变化，这说明金属丝101对环境温度的变化十分灵敏，可当成温度计。

6.依次增减砝码103，用读数显微镜104测量金属丝101的伸长量可求出其杨氏模量。

7.改变砝码103质量，用非平衡电桥、读数显微镜104测量金属丝101的泊松比。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

（1）与现有的比较单一的实验技术相比，本实用新型创造性综合了力、电、光等多种学科领域的成熟实验技术，采用加砝码拉伸法测量金属丝的杨氏模量和泊松比等力学量，这是力学部分；采用非平衡电桥测量金属丝电阻的变化，观察温差电效应，这是电学部分；用劈尖干涉法测金属丝直径，研究消光现象，这是光学部分，结构简单，造价低廉，但内容很丰富，且各部分之间有严密的逻辑关系。