[发明专利]一种测量杨氏弹性模量的实验仪器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种力学实验仪器，特指一种测量杨氏弹性模量的实验仪器及方法。

背景技术

杨氏模量是描述在弹性限度内材料抵抗弹性形变能力的特征参数，与材料的结构、化学成分及制造方法有关，是工程技术中常用的力学参数。测量材料弹性模量的方法有很多种，常用的为静态拉伸法，其特点为使用最基本的仪器设备，实验原理简单、直观，易于理解，但是测量精度较低，实验仪器难以调节。

如图7所示，以YMC杨氏模量仪为例，包括支架91、底座92、光杠杆93、望远镜94、标尺95、上夹头96、下夹头97和砝码98，底座92和上夹头96安装在支架91上，光杠杆93安装在底座92上，底座92上具有一通孔，钢丝穿过通孔，砝码98悬挂在钢丝上，标尺95安装在望远94上，望远镜94朝向光杠杆93的反射镜面。钢丝是由即上夹头96和下夹头97夹住上下两端，钢丝的两端由于被“夹”住，钢丝被挤压，产生了形变，成为了最细的部分，有可能会产生“颈缩”的现象，因此相对而言是最“脆弱”的地方。在测量杨氏弹性模量的实验过程中，常常由于各种疏忽或者操作不当，钢丝绝大多数是在上端断裂的，此外，钢丝连接在仪器上时，由于标尺无法紧贴着钢丝，长度无法测量精确。

因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种测量杨氏弹性模量的实验仪器及方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量杨氏弹性模量的实验仪器，不但结构简单，而且能够快速有效地精确测量。

本发明的又一目的在于还提供了一种测量杨氏弹性模量的方法，具有较高的测量精度，而且实验仪器易于调节。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种测量杨氏弹性模量的实验仪器，包括支架、光杠杆、望远镜、标尺、待测金属丝、底座组件和夹套组件；光杠杆、待测金属丝、底座组件和夹套组件均安装在支架上，标尺安装在望远镜上；光杠杆具有反射镜面，望远镜朝向光杠杆的反射镜面；

夹套组件的个数为一组、两组或三组，夹套组件由两个夹套组成，夹套具有可对折的夹子，夹子上具有容纳待测金属丝的凹槽；两个夹套分别安装在待测金属丝的两端，待测金属丝的两端具有凸形部，待测金属丝的凸形部外露于夹套外；

底座组件由两个底座组成，底座具有三个纵向槽和一个横槽，横槽在纵向槽垂直方向上并贯穿底座的底部，横槽的两端具有沟槽，夹套通过纵向槽置于底座中并抵靠在底座的横槽上，待测金属丝穿过沟槽；两个底座镜像对称放置；光杠杆的反射镜面安装在底座横槽所在的面上。

进一步，夹套为方形，底座上的纵向槽为方形，纵向槽的宽度大于夹套的宽度。

进一步，待测金属丝为钢丝、铜丝或者铁丝中的一种。

进一步，夹子上设有锁扣。

一种测量杨氏弹性模量的方法，按照以下步骤进行：

步骤一、将长度为L，直径为d的待测金属丝的两端置于夹套的凹槽中，扣合夹套，使得待测金属丝两端的凸形部分别外露于夹套外；

步骤二、将夹套通过纵向槽置于底座中并抵靠在底座的横槽，待测金属丝穿过横槽的沟槽；

步骤三、记录下初始的数据：光杠杆的前后足尖垂直距离h，光杠杆反射镜面到标尺的距离为R，砝码的重量为m；

步骤四、将砝码悬挂于下方的底座，使得待测金属丝伸长，反光镜偏转，加砝码m前后望远镜中标尺的读数差为△d；

步骤五、得出用伸长法测金属丝的杨氏模量E的公式为：

E=8mgLRπd2Δdh.]]>

采用上述方案后，本发明具有以下优点：

1.待测金属丝的两端受力处设计成凸形部，这样待测金属丝即使因为受力而产生形变，也不会是最细端，不会产生“颈缩”现象；

2.夹套和待测金属丝既可以组合，也可以分开使用，具有较大的灵活性，当待测金属丝断裂或者夹套损坏时，容易更换，维护方便，同时，作为套件，管理、移动及收纳都是十分方便；

3.在底座上设置了三个纵向槽和一个横槽，既能让夹套放入底座，同时底座又能够承受足够的力作用；