一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置

本发明涉及实验装置，具体涉及到一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置。

背景技术：

1、设粗细均匀的金属丝的原长为l，横截面积为s，沿长度方向施力f后，其长度改变δl，则金属丝单位面积上受到的垂直作用力称为正应力，金属丝的相对伸长量称为线应变。实验结果指出，在弹性范围内，由胡克定律可知物体的正应力与线应变成正比，即

2、

3、比例系数y为杨氏弹性模量，简称杨氏模量。在它表征材料本身的性质，y越大的材料，要使它发生一定的相对形变所需要的单位横截面积上的作用力也越大。y的国际单位制单位为帕斯卡，记为pa(1pa＝1n/m2)。

4、而δl是一个微小长度变化(在此实验中，当l≈1m时，f每变化1kg相应的δl约为0.3mm)。因此，本实验利用光杠杆的光学放大作用实现对钢丝微小伸长量δl的间接测量。

5、k为镜短臂的杆长，d为光杆杆平面镜到尺的距离，当加减砝码时，k边的右端则随被测钢丝的伸长、缩短而下降、上升，从而改变了光杠杆镜法线的方向，使得一个调节好的位于图左侧的望远镜看m镜中标尺像的读数改变l，利用几何关系，可以导出金属丝l的伸长量δl，达到测量目的。

6、但是在实际测量的过程中，由于金属丝和金属丝下面的槽码很难保持平稳，会导致投影的光标上下左右飘忽不定，难以做到精确读数，产生实验误差。因此需要一种能更精确，更有效，更稳定的测量金属丝伸长量的方法。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，操作简单，使用方便，使用材料廉价且不易损坏，易拆卸和组装，合理运用了多种物理思想，上手实操通俗易懂具有较高的精确性。

2、技术方案

3、一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，包括注气室，所述注气室的一侧壁内固设有气筒，所述气筒的远离所述注气室的一侧设置有扭秤装置，所述注气室的内部固设有微调注气筒以及充气泵，所述气筒的靠近所述注气室的一端设置有金属底座，所述金属底座上设置有连接板面，所述连接板面的下侧设置有两个单向通气的气嘴，所述微调注气筒与所述充气泵通过气管连接于所述气嘴，所述气筒包括圆柱体的玻璃气罩，所述玻璃气罩内滑动设置有活塞，所述活塞与所述金属底座之间固定连接有位于所述气筒内部的金属丝，所述扭秤装置包括扭秤玻璃罩，所述扭秤玻璃罩的内部设置有电磁力扭秤机构，所述电磁力扭秤机构的上侧设置有平面镜，所述平面镜的一侧设置有固设于所述玻璃气罩上的激光发射装置，所述激光发射装置的靠近所述平面镜的一侧设置有与所述平面镜平行的固定标尺。

4、进一步的，所述气筒还连接有气压表。

5、进一步的，所述气筒的下侧设置有用于调整所述气筒高度的第一可调支架。

6、进一步的，所述扭秤装置的下侧设置有用于调整所述扭秤装置高度的第二可调支架。

7、进一步的，所述电磁力扭秤机构包括一根竖直的悬丝以及前后朝向的连接于所述悬丝的轻杆，所述轻杆的一端连接有带电金属小球，所述轻杆的另一端连接有不带电金属小球，所述轻杆的方向垂直于所述气筒的水平中轴线。

8、进一步的，所述第一可调支架与所述第二可调支架的高度与角度能够进行微调，采用现有技术结构，可调节至所述激光发射装置发射的激光通过所述平面镜打到所述固定标尺上所刻画的坐标原点位置以保证初始状态下装置整体处于水平状态。

9、进一步的，所述活塞的靠近所述扭秤装置的一侧的中心设置有一个不易弯曲的绝缘杆，所述绝缘杆的另一端设置有一个带电轻质金属小球。

10、与现有技术相比较，本发明具有的有益效果如下：

11、1.本发明实验器材相较于现有装置使用集成化较高，操作简单，使用方便，使用材料廉价且不易损坏；

12、2.易拆卸和组装，合理运用了多种物理思想，创新性极高；

13、3.本发明实验结果精确度较高，大大降低了现有装置因结构上的缺陷而导致的读数误差；

14、4.本发明自动化与集成化较高，上手实操通俗易懂具有较高的精确性。

技术特征：

1.一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于：包括注气室(1)，所述注气室(1)的一侧壁内固设有气筒(2)，所述气筒(2)的远离所述注气室(1)的一侧设置有扭秤装置(3)，所述注气室(1)的内部固设有微调注气筒(4)以及充气泵(5)，所述气筒(2)的靠近所述注气室(1)的一端设置有金属底座(8)，所述金属底座(8)上设置有连接板面(7)，所述连接板面(7)的下侧设置有两个单向通气的气嘴(18)，所述微调注气筒(4)与所述充气泵(5)通过气管(19)连接于所述气嘴(18)，所述气筒(2)包括圆柱体的玻璃气罩(11)，所述玻璃气罩(11)内滑动设置有活塞(9)，所述活塞(9)与所述金属底座(8)之间固定连接有位于所述气筒(2)内部的金属丝，所述扭秤装置(3)包括扭秤玻璃罩(15)，所述扭秤玻璃罩(15)的内部设置有电磁力扭秤机构(13)，所述电磁力扭秤机构(13)的上侧设置有平面镜(17)，所述平面镜(17)的一侧设置有固设于所述玻璃气罩(11)上的激光发射装置(6)，所述激光发射装置(6)的靠近所述平面镜(17)的一侧设置有与所述平面镜(17)平行的固定标尺(10)。

2.根据权利要求1所述的一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于：所述气筒(2)还连接有气压表(6)。

3.根据权利要求2所述的一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于：所述气筒(2)的下侧设置有用于调整所述气筒(2)高度的第一可调支架(12)。

4.根据权利要求3所述的一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于：所述扭秤装置(3)的下侧设置有用于调整所述扭秤装置(3)高度的第二可调支架(14)。

5.根据权利要求4所述的一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于：所述电磁力扭秤机构(13)包括一根竖直的悬丝以及前后朝向的连接于所述悬丝的轻杆，所述轻杆的一端连接有带电金属小球，所述轻杆的另一端连接有不带电金属小球，所述轻杆的方向垂直于所述气筒(2)的水平中轴线。

6.根据权利要求5所述的一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于：所述第一可调支架(12)与所述第二可调支架(14)的高度与角度能够进行微调，可调节至所述激光发射装置(16)发射的激光通过所述平面镜(17)打到所述固定标尺(10)上所刻画的坐标原点位置以保证初始状态下装置整体处于水平状态。

7.根据权利要求5所述的一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于：所述活塞(9)的靠近所述扭秤装置(3)的一侧的中心设置有一个不易弯曲的绝缘杆，所述绝缘杆的另一端设置有一个带电轻质金属小球。

技术总结
本发明公开了一种基于注气法和扭秤原理测量金属丝杨氏模量的装置，包括注气室，所述注气室的一侧壁内固设有气筒，所述气筒的远离所述注气室的一侧设置有扭秤装置，所述注气室的内部固设有微调注气筒以及充气泵，所述气筒的靠近所述注气室的一端设置有金属底座，所述金属底座上设置有连接板面，所述连接板面的下侧设置有两个单向通气的气嘴，所述微调注气筒与所述充气泵通过气管连接于所述气嘴，所述气筒包括圆柱体的玻璃气罩，本发明集成化较高，操作简单，使用方便，使用材料廉价且不易损坏，主体部分较易拆卸和组装，合理运用了多种物理思想，创新性极高，使用时读数稳定且精准，大大降低了现有装置因结构上的缺陷而导致的读数误差。

技术研发人员：姜晨暘,程琳
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14