利用光杠桿測微小變化量有何優點

『壹』 在用光杠桿法測楊氏模量的實驗中，光杠桿法有什麼優點

放大實驗現象，便於觀察

『貳』 用光杠桿放大法測量微小長度變化有什麼優點，怎樣提高光杠桿放大系統的放大倍數呢

可以提高測量長度的精確度，可以拉遠光源與顯示屏距離或拉近光源於被測點的距離

『叄』 楊氏彈性模量實驗中，為什麼光杠桿系統可以測量出長度的微小變化其放大倍數與哪些量有關

光杠桿法是利用當鋼絲伸長微小的距離，反射鏡會偏轉一個微小的角度，使得鏡子里標尺的刻度像會變化一定刻度，通過刻度變化可以計算出鋼絲長度變化。放大倍數與鏡面到尺面距離，鏡子支架長度有關。

光杠桿放大法是一種利用光學放大方法測量微小位移的裝置。由於在拉伸法測量楊氏模量的實驗中，金屬絲的伸長量很難測量，所以必須使用光杠桿放大後，才能夠測量出來。

(3)利用光杠桿測微小變化量有何優點擴展閱讀：

注意事項：

在外力的F的拉伸下，鋼絲的伸長量DL是很小的量。用一般的長度測量儀器無法測量。在本實驗中採用光杠桿鏡尺法。

初始時，平面鏡處於垂直狀態。標尺通過平面鏡反射後，在望遠鏡中成像。則望遠鏡可以通過平面鏡觀察到標尺的像。望遠鏡中十字線處在標尺上刻度為 。當鋼絲下降DL時，平面鏡將轉動q角。則望遠鏡中標尺的像也發生移動，十字線降落在標尺的刻度為處。

『肆』 光杠桿鏡利用了什麼原理有什麼優點

光杠桿兩個前足尖放在彈性模量測定儀的固定平台上，而後足尖放在待測金屬絲的測量端面上。金屬絲受力產生微小伸長時告滑扮，光杠桿繞前足尖轉動一個微小角度，從而帶動光杠桿反射鏡轉動相應的微小角度；
這樣標尺的像在光杠桿反射鏡和調節反射鏡之間反射，便把這一微小角位移放讓正大成較大的線位移。在長度或位置差別甚小的測量中，這是一個簡單有效的方法。它是一塊安裝在三個支點上的平面鏡。

『伍』 用拉伸法測量金屬絲的楊氏模量中，光杠桿鏡尺法有何優點

1、可以簡單准確地將微小形變放大；

2、測量，讀數簡單；

3、通常用光學方法測形變，都是將微小形變放大；

光杠桿鏡尺法是一種利用光學放大方法測量微小位移的裝置。由於，在拉伸法測量楊氏模量的實驗中，金屬絲的伸長量很難測量，所以必須使用光杠桿放大後，才能夠測量出來。用光杠桿鏡尺法相對來說，測量方法和儀器設備都很簡單，好操作。

(5)利用光杠桿測微小變化量有何優點擴展閱讀：

拉伸試驗中得到的屈服極限бS和強度極限бb，反映了材料對力的作用的承受能力，而延伸率δ或截面收縮率ψ，反映了材料塑型變形的能力，為了表示材料在彈性范圍內抵抗變形的難易程度，在實際工程結構中，材料彈性模量E的意義通常是以零件的剛度體現出來的，這是因為一旦零件按應力設計定型，在彈性變形范圍內的服役過程中，是以其所受負荷而產生的變形量來判斷其剛度的。

『陸』 大學物理實驗的3道思考題。急！！！

用拉伸法測量楊氏彈性模量

任何物體在外力作用下都會發生形變，當形變不超過某一限度時，撤走外力之後，形變能隨之消失，這種形變稱為彈性形變。如果外力較大，當它的作用停止時，所引起的形變並不完全消失，而有剩餘形變，稱為塑性形變。發生彈性形變時，物體內部產生恢復原狀的內應力。彈性模量是反映材料形變與內應力關系的物理量，是工程技術中常用的參數之一。

一. 實驗目的

1. 學會用光杠桿放大法測量長度的微小變化量。

2. 學會測定金屬絲楊氏彈性模量的一種方法。

3. 學慣用逐差法處理數據。

二. 實驗儀器

楊氏彈性模量測量儀支架、光杠桿、砝碼、千分尺、鋼捲尺、標尺、燈源等。

三. 實驗原理

在形變中，最簡單的形變是柱狀物體受外力作用時的伸長或縮短形變。設柱狀物體的長度為L，截面積為S，沿長度方向受外力F作用後伸長（或縮短）量為ΔL，單位橫截面積上垂直作用力F／S稱為正應力，物體的相對伸長ΔL／L稱為線應變。實驗結果證明，在彈性范圍內，正應力與線應變成正比，即

（3-1-1）

這個規律稱為虎克定律。式中比例系數Y稱為楊氏彈性模量。在國際單位制中，它的單位為N／m2，在厘米克秒制中為達因/厘米2。它是表徵材料抗應變能力的一個固定參量，完全由材料的性質決定，與材料的幾何形狀無關。

本實驗是測鋼絲的楊氏彈性模量，實驗方法是將鋼絲懸掛於支架上，上端固定，下端加砝碼對鋼絲施力F，測出鋼絲相應的伸長量ΔL，即可求出Y。鋼絲長度L用鋼捲尺測量，鋼絲的橫截面積 ，直徑 用千分尺測出，力F由砝碼的質量求出。在實際測量中，由於鋼絲伸長量ΔL的值很小，約 數量級。因此ΔL的測量採用光杠桿放大法進行測量。

（a） （b）

1—反射鏡和透鏡；2—活動托台；3—固定托台；4—標尺；5—光源

圖3-1-1 光杠桿裝置及測量原理圖

光杠桿是根據幾何光學原理，設計而成的一種靈敏度較高的，測量微小長度或角度變化的儀器。它的裝置如圖3-1-1（a）所示，是將一個可轉動的平面鏡M固定在一個⊥形架上構成的。

圖3-1-1（b）是光杠桿放大原理圖，假設開始時，鏡面M的法線正好是水平的，則從光源發出的光線與鏡面法線重合，並通過反射鏡M反射到標尺n0處。當金屬絲伸長ΔL，光杠桿鏡架後夾腳隨金屬絲下落ΔL，帶動M轉一θ角，鏡面至M′，法線也轉過同一角度，根據光的反射定律，光線On0和光線On的夾角為2θ。

如果反射鏡面到標尺的距離為D，後尖腳到前兩腳間連線的距離為b，則有

；
由於θ很小，所以 ；
消去θ，得 （ ） （3-1-2）

由於伸長量ΔL是難測的微小長度，但當取D遠大於b後，經光杠桿轉換後的量 卻是較大的量，2D/b決定了光杠桿的放大倍數。這就是光放大原理，它已被應用在很多精密測量儀器中。如：靈敏電流、沖擊電流計、光譜儀、靜電電壓表等。

將（3-1-2）式代入（3-1-1）式得：

(3-1-3)

本實驗使鋼絲伸長的力F，是砝碼作用在綱絲上的重力mg，因此楊氏彈性模量的測量公式為：

(3-1-4)

式中，Δn與m有對應關系，如果m是1個砝碼的質量，Δn應是荷重增（或減）1個砝碼所引起的游標偏移量；如果Δn是荷重增（或減）4個砝碼所引起的游標偏移量，m就應是4個砝碼的質量。

圖3-1-2 測量裝置圖

四. 實驗內容

1. 儀器調節

(1)按圖3-1-2安裝儀器，調節支架底座螺絲，使底座水平（觀察底座上的水準儀）。

(2)調節反射鏡，使其鏡面與托台大致垂直，再調光源的高低，使它與反射鏡面等高。

(3)調節標尺鉛直，調節光源透鏡及標尺到鏡面間的距離D，使鏡頭刻線在標尺上的像清晰。再適當調節反射鏡的方向、標尺的高低，使開始測量時光線基本水平，刻線成像大致在標尺中部。記下刻線像落在標尺上的讀數為n。

注意：此時儀器已調好，在測量時不能再調了！

2. 測量

（1）逐次增加砝碼，每加一個砝碼記下相應的標尺讀數 ，共加8次，然後再將砝碼逐個取下，記錄相應的讀數 ′，直到測出 為止。

加減砝碼時，動作要輕，防止因增減砝碼時使平面反射鏡後尖腳處產生微小振動而造成讀數起伏較大。

（2）取同一負荷下標尺讀數的平均值 ，用逐差法求出鋼絲荷重增減4個砝碼時游標的平均偏移量Δn。

（3）用鋼捲尺測量上、下夾頭間的鋼絲長度L，及反射鏡到標尺的距離D。

（4）將光杠桿反射鏡架的三個足放在紙上，輕輕壓一下，便得出三點的准確位置，然後在紙上將前面兩足尖連起來，後足尖到這條連線的垂直距離便是b。

（5）用千分尺測量鋼絲直徑d，由於鋼絲直徑可能不均勻，按工程要求應在上、中、下各部進行測量。每位置在相互垂直的方向各測一次。

五. 數據處理

1.測量鋼絲的微小伸長量，記錄表如下

序號

i
砝碼質量

M（Kg）
游標示值ni(cm)
游標偏移量

δn=ni+4-ni(cm)
偏差

∣δ（δn）∣

增荷時
減荷時
平均值

0

1

2

3

4

5

6

7

鋼絲微小伸長量的放大量的測量結果為Δn=（ ± ）cm

2. 測量鋼絲直徑記錄表 d0= mm

測量部位
上 部
中 部
下 部
平均值

測量方向
縱 向
橫向
縱 向
橫 向
縱 向
橫 向

d(mm)

不確定度 mm

測量結果d=（ ± ）mm

3. 單次測L、D、b值：

L=( ± )m；

D=( ± )m；

b=( ± )m

4. 將所得各量帶入（3-1-4）式，計算出金屬絲的楊氏彈性模量，按傳遞公式計算出不確定度，並將測量結果表示成標準式 （ ± ）N／m2。

六.問題討論

1. 兩根材料相同，但粗細、長度不同的金屬絲，它們的楊氏彈性模量是否相同？

2. 光杠桿有什麼優點？怎樣提高光杠桿的靈敏度？

3. 在實驗中如果要求測量的相對不確定度不超過5%，試問，鋼絲的長度和直徑應如何選取？標尺應距光杠桿的反射鏡多遠？

4. 是否可以用作圖法求楊氏彈性模量？如果以所加砝碼的個數為橫軸，以相應變化量為縱軸，圖線應是什麼形狀？

附表：常用金屬與合金的楊氏彈性模量

物質名稱
楊氏彈性模量

(1011達因/厘米2)
物 質 名 稱
楊氏彈性模量

(1011達因/厘米2)

鋁
7.0
鑄銅（99.9%）
7.44

鑄鐵（99.99%）
13.8
精煉或韌煉銅(99.99%)
8.00

韌煉鐵（99.99%）
17.2
黃銅
11.0

鋼
17.2～22.6
磷青銅
12.0

鉑(韌煉 99.99%)
14.7
錳銅
10.3

鎢
34
康銅
15.2

鉛(模砂鑄造99.73%)
1.38
鎳鉻
21.0

『柒』 用靜態法測量金屬絲楊氏模量思考題求解，急 1）試驗中長度用不同的儀器測量，為什麼光杠桿鏡尺法有何優

試驗中所需要的各個參數的量級和誤差要求不同，所以使用不同方法測量

光杠桿可以大幅放大微小變化量，且放大倍數穩定，結果准確。（光線的直線傳播可靠度很高，遠勝於機械儀器）

『捌』 拉伸法測楊氏模量實驗中那個量的測量誤差對結果影響較大如何進一步改進

為了測量細鋼絲的微小長度變化，實驗中使用了光杠桿放大法，光杠桿的作用是將微小長度變化放大為標尺上的位置變化,通過較易准確測量的長度測量間接求得鋼絲伸長的微小長度變化。
利用光杠桿不僅可以測量微小長度變化，也可測量微小角度變化和形狀變化。由於光杠桿放大法具有穩定性好、簡單便宜、受環境干擾小等特點，在許多生產和科研領域得到廣泛應用。

提高光杠桿測量微小長度變化的靈敏度，主要需要增加平面鏡到標尺的距離，這樣可以增加光杠桿的放大倍數。

測量誤差對結果影響較大的量主要是光杠桿常數、鋼絲直徑、標尺讀數，因為這些量的測量相對誤差比較大。

當自變數與因變數成線性關系時，對於自變數等間距變化的多次測量，如果用求差平均的方法計算因變數的平均增量，就會使中間測量數據倆兩抵消，失去利用多次測量求平均的意義。為了避免這種情況下中間數據的損失，可以用逐差法處理數據。