[发明专利]迈克尔逊干涉测量金属丝杨氏模量

说明书

技术领域

本发明涉及杨氏模量的测量，特别是使用迈克尔逊干涉方法测量杨氏模量。

背景技术

杨氏模量是大学物理实验的一个经典实验，但由于测量时伸长量比较小，一般采用光杠杆进行放大，增减砝码的个数，观察望远镜中标尺像移过分划板某一根直线的刻度线数目来获取金属丝长度的变化量。

杨氏模量由于变化量小，金属丝被夹在两个夹头之间，造成测量长度有困难；测量光杠杆与标尺的距离一般采用卷尺悬空测量，卷尺的弯曲和卷尺是否与标尺垂直等都会带来测量的误差；光杠杆后脚到镜面的距离测量精度也比较低；望远镜、光杠杆的平面镜以及标尺之间的相对调节也比较困难。

发明内容

为了克服现有杨氏模量测量仪的困难，为了更准确的测量金属丝的杨氏模量，本发明采用迈克尔逊干涉的方法来测量金属丝的微小伸长量。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：将金属丝的一端固定在迈克尔逊干涉仪的底部、另一端固定在迈克尔逊干涉装置的一个平面镜上，当金属丝拉伸伸长后导致平面镜移动带来光程差，使干涉条纹发生移动，当拉伸的重量变化比较慢时，就能观察到一个一个条纹的移动，可以采用类似医院的输液装置来获取一个缓慢变化的拉力，通过拉力传感器来获取拉力的变化量。

本发明的有益效果是：测量精确；变化直观；操作简单；用于大学物理实验更能体现技术的相互融合，提高学生实验兴趣。

附图说明

图1是迈克尔逊干涉测量杨氏模量示意图。

其中，1、金属丝固定点，2、金属丝，3、定滑轮，4、平面镜，5、平面镜底座套筒，6、分束镜，7、平面镜，8、观察屏，9、拉力传感器，10、支架，11、盛水容器，12、水流速控制旋钮，13、金属桶。

具体实施方式

金属丝2每间隔1mm喷涂一种颜色，使金属丝自带长度测量功能，建议每间隔10mm喷涂红色，其它位置喷涂黑色，如果技术允许，颜色最好环状喷涂。也可以在设计迈克尔逊干涉仪时，固定两个参考位置（平面镜4处于其中的一个参考位置），使两个参考位置的距离为一个定长，这样就可以省略长度的测量。

盛水容器11和水流速控制旋钮12组成类似医院输液的装置，流速控制在每分钟100毫升-200毫升比较合适，盛水容器11悬挂在一个稳固的支架10上。

金属丝固定点1是金属丝的起点，然后金属丝绕过两个定滑轮3，固定在平面镜底座套筒5上，金属丝继续向前经过一个定滑轮，然后悬挂金属桶13。

迈克尔逊干涉由半导体激光器、扩束镜、分束镜6、平面镜4和平面镜7组成。打开激光器电源，调节激光器的位置使激光能够照到平面镜4和平面镜7，调节平面镜7的位置和倾角使观察屏8上看到两个光点重合后出现的小的干涉条纹（为简化调节步骤，制造时可以使平面镜4和平面镜7到分束镜6的距离相等，这样只需要调节平面镜7的倾角，使两个光点重合后出现的小的干涉条纹即可），将扩束镜引入光路，此时在观察屏上看到更大的干涉条纹，微调平面镜7的倾角使观察屏上看到圆条纹，改变平面镜7的位置可以改变圆条纹的大小。

当观察屏上的条纹合适时，记录此时的拉力传感器9的读数，打开水流速控制旋钮12的控制水的流速，水从盛水容器11通过输液管道流到金属桶13，观察干涉条纹的变化数目以及拉力传感器9的读数变化。

根据激光波长和干涉条纹数获取金属丝的伸长量、根据拉力传感器9的读数变化获取拉力的大小、数出金属丝两个固定点之间的红颜色数（厘米数）以及两固定点红色外侧的黑色个数获取金属丝的长度、用千分尺测量金属丝的直径，有了这些数据后就可以计算金属丝的杨氏模量。