一种测量金属丝杨氏模量的实验装置的制作方法

本实用新型涉及金属丝杨氏模量的实验装置，尤其涉及一种测量金属丝杨氏模量的实验装置。

背景技术：

目前，在检测金属丝杨氏模量的物理实验中，常见的设备为采用光杠杆法的检测装置，该装置将光杠杆反射镜转动的微小角度进行放大、并反映成标尺的线位移，主要通过光杠杆两个前脚放在实验装置的固定平台上，而后脚放在待测金属丝的测量端面上，金属丝受力产生微小伸长时，光杠杆绕前脚转动一个微小角度，从而带动光杠杆反射镜转动相应的微小角度，这样标尺的像在光杠杆反射镜和调节反射镜之间反射，便把这一微小角位移放大成较大的线位移。

在物理实验中，测量误差是常见的难题，同一实验原理的重复检测及实验，也无法避免这种误差，此外，在实验课堂上教师也很难检验学生检测数据的准确性。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供综合测试金属丝杨氏模量的实验装置，旨在解决较小实验过程中测量的误差、实验教学效率较低的问题。

本实用新型采取以下技术方案实现上述目的：

一种测量金属丝杨氏模量的实验装置，包括门架、望远镜支架；所述门架包括平行连杆，平行连杆由上至下依次连接有顶板、光杠杆支撑板及第一底座；所述金属丝顶端与顶板固定连接，中部固定连接有金属丝卡台，底端固定连接有砝码；所述光杠杆支撑板与平行连杆可滑动连接、并通过第一螺钉锁紧，其中，所述光杠杆支撑板设有容纳金属丝卡台沿竖向滑动的通孔；所述光杠杆前端固定连接有反光镜、后端固定连接一个后脚，反光镜底端固定连接有转轴；所述光杠杆支撑板的两端分别固设有第一固定座和第二固定座，所述第一固定座和第二固定座分别设有与转轴配合的轴承；所述转轴的一端固定连接有与其同轴的环形磁铁；所述光杠杆支撑板还固定连接有磁编码器支架，磁编码器支架与环形磁铁相对的一端设有与环形磁铁相配合的磁编码器电路板、另一端设有读数显示屏；所述望远镜支架依次连接有与反射镜配合的标尺、望远镜及用于调平的第二底座，所述望远镜与望远镜支架可滑动连接、并通过第二螺钉锁紧。

本技术方案中，第一，可以采用光杠杆原理测量及计算出金属丝的杨氏模量；第二，本实验装置将现有的光杠杆前脚替换为转轴，再通过磁编码器检测转轴转动的角度，利用三角函数关系来计算出金属丝的拉伸量，最后计算出金属丝的杨氏模量。在实验课堂上，教师可以采用第二种方法来验证学生检测数据的准确性，此外，还可以结合两种方法求平均来减小实验的数据误差。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过改进实验装置，实现既能利用传统的光杠杆进行测量杨氏模量，同时又能利用磁编码器测量并计算杨氏模量，一方面可以在课堂上验证学生检测数据的准确性，另一方面可以结合两种方法求平均来减小实验的数据误差。

附图说明

图1为：本实用新型所述一种测量金属丝杨氏模量的实验装置的结构图。

图2为：本实用新型所述一种测量金属丝杨氏模量的实验装置的门架结构图。

图3a为：本实用新型所述环形磁铁的结构图。

图3b为：本实用新型所述磁编码器电路板的结构图。

图中：1、门架；11、平行连杆；12、顶板；13、光杠杆支撑板；131、第一固定座；132、第二固定座；130、通孔；14、第一底座；2、金属丝；21、砝码；22、金属丝卡台；3、磁编码器支架；31、磁编码器电路板；310、霍尔角度传感器芯片；4、望远镜支架；41、标尺；42、望远镜；43、第二底座；5、光杠杆；50、反光镜；51、转轴；510、环形磁铁；52、后脚。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实施方式提供一种测量金属丝杨氏模量的实验装置，包括门架1、望远镜支架4；门架1包括平行连杆11，平行连杆11上依次连接有顶板12、光杠杆支撑板13及第一底座14，待测金属丝2的顶端与顶板12连接，底端连接砝码21，中部连接有金属丝卡台22；

具体的连接方式为，平行连杆11由上至下依次连接有顶板12、光杠杆支撑板13、第一底座14，光杠杆支撑板13设有容纳金属丝卡台22的通孔130；金属丝4顶端通过第一固定夹与顶板12固定连接，中部通过第二固定夹与金属丝卡台22固定连接，底端通过刚性件与砝码21固定连接，具体的刚性件为钢制挂钩；光杠杆支撑板13与平行连杆11可滑动连接、并通过第一螺钉锁紧，光杠杆支撑板13设有容纳金属丝卡台22沿竖向滑动的通孔130，所述光杠杆5前端固定连接反光镜50、后端固定连接后脚52，反光镜50下端固定连接有转轴51，其中，光杠杆5后端通过后脚52放置在金属丝卡台22上，前端通过转轴51与光杠杆支撑板13转动连接，具体地，光杠杆支撑板13两端分别设有第一固定座131和第二固定座132，该第一固定座131和第二固定座132分别设有与转轴51同轴的孔，转轴51的两端分别通过轴承与第一固定座131和第二固定座132可转动连接，转轴51的一端外环与第一固定座131孔的内环之间设有第一轴承、转轴51的另一端外环与第二固定座132孔的内环之间设有第二轴承，从而实现金属丝2拉伸带动后脚52向下运动，即带动反光镜50沿转轴51转动；所述转轴51位于第二固定座132的一端突出第二固定座132、并在端部设有同轴的环形磁铁510，光杠杆支撑板13还固定连接有磁编码器支架3，磁编码器支架3与环形磁铁510相对的一端设有与环形磁铁510相配合的磁编码器电路板31、另一端设有读数显示屏，本实施方式中磁编码器电路板31采用德国集成电路制造商ic-haus公司生产的ic-ma3霍尔角度传感器芯片310，该芯片能够输出转角的sin/cos值，并在读数显示屏上示出，其检测精度为15角秒；所述望远镜支架4依次连接有与反射镜50配合的标尺41、望远镜42及用于调平的第二底座43，所述望远镜42与望远镜支架4可滑动连接、并通过第二螺钉锁紧；

光杠杆的实验原理及过程为现有技术，在此不进行赘述；望远镜支架2、激光支架3与门架1的间距可根据实际实验环境、标尺范围等调节，在此不做限定；本实施方式实验装置的原理为：

本实施方式的实验装置，通过磁编码器电路板31与环形磁铁510的配合，能够精确的检测出金属丝2的拉伸带来的反光镜50转动角度，通过测量能够得出光杠杆5的长度，再利用三角函数计算出金属丝2的拉伸长度，从而计算出杨氏模量；同时，还可以通过望远镜42及标尺41测得并计算出杨氏模量；因此，一方面，在实验课堂上，教师可以通过转动角度的测量来验证学生光杠杆法测得数据的准确性，另一方面，还可以结合两种方法求平均来减小实验的数据误差。

上述实施方式中，光杠杆5与反光镜50、反光镜50与转轴51等固定连接可以采用胶黏或焊接等方式。

本实用新型公开了一种测量金属丝杨氏模量的实验装置，通过改进原有的实验装置，实现既能利用传统的光杠杆进行测量杨氏模量，同时又能利用磁编码器测量并计算杨氏模量，一方面可以在课堂上验证学生检测数据的准确性，另一方面可以结合两种方法求平均来减小实验的数据误差。

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