CN203480733U - 卧式模量测量演示仪 - Google Patents

Abstract

卧式模量测量演示仪的底座上依次安装有曲尺、卡钳、发射器支架、镜台支架、轨道，推拉力计通过滑块与轨道滑动连接。推拉力计的夹钳钳嘴端面与磁环磁力连接，固体激光发射器通过万向支架与发射器支架连接，镜台支架上固连有载镜台，载镜台设有通孔，载镜台上装有镜架，镜架上装有反射镜，镜架两侧固连有后足，后足与载镜台活动连接，镜架下固连有前足，前足在载镜台的通孔下方与磁环磁力连接，丝杠通过轴承安装在底座上，丝杠一端固连有手轮，丝杠上装有丝母，丝母与推拉力计固连，本实用新型卧式模量测量演示仪，测量现象显著直观、测量精度高、能任意设置施力的大小、并且操作方便、仪积小、成本低。

Description

卧式模量测量演示仪

技术领域

本实用新型涉及大学物理实验中的杨氏模量测量演示仪，具体是一种的以钢丝作为被测物的卧式杨氏模量测量演示仪。 

技术背景

胡克定律指出，在弹性范围内，弹性体的应力与应变成正比。应力与应变成的比例系数E称为杨氏模量。设有一长为L，横街面的半径为d，在外力F作用下伸长了δ，则此式为求杨氏模量的公式，但δ比较小，不易测准。 

前公知的用钢丝作被测物的竖拉式杨氏模量测量仪的缺点是仪器笨重、占地面积大，加、减砝码时易造成测量架摇晃，仪器的竖直度不好控制、操作中标尺的像难寻找、读数和加减砝码分处两地，不便调试，测量结果的误差偏大，需望远镜辅助读数，实验现象不显著。 

卧式杨氏模量测量仪结构有：申请号为200510020930.4的“卧式杨氏模量测量仪”以及申请号为200710048447.6的“卧式杨氏模量测量仪”，这两种卧式杨氏模量测量仪存在的共同缺点是施力的大小受砝码限制，不能任意设置，砝码拉索通过定滑轮与测力仪连接，拉索与定滑轮之间存在摩擦力，钢丝拉力受摩擦力影响，增大了实验误差，再加、减砝码增减钢丝的拉力的时候，放置砝码时会造成钢丝的振颤和摇晃，存在钢丝断裂伤人危险；同时申请号为200510020930.4的“卧式杨氏模量测量仪”仪器延伸到实验台外，体积较大，使实验台的摆放受到了限制；申请号为200710048447.6的“卧式杨氏模量测量仪”仪器虽可摆放在实验台上，但由于定滑轮和砝码加重装置在竖直方向占用较大的空间，致使机架高大，体积仍然较大。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种卧式模量测量演示仪，其测量现象显著直观、测量精度高、能任意设置施力的大小、并且操作方便、仪积小、成本低。 

本实用新型的技术方案是：卧式模量测量演示仪，具有底座，其特征在于：底座上依次排列安装有曲尺、卡钳、发射器支架、镜台支架、轨道，其中曲尺、卡钳、轨道通过螺栓与底座固连，发射器支架和镜台支架与底座滑动连接，轨道上装有滑动连接的滑块，滑块上固连有推拉力计，推拉力计的测量端设有夹钳，夹钳的钳嘴端面与磁环磁力连接，发射器支架上装有万向支架，万向支架与固体激光发射器连接，镜台支架上固连有载镜台，载镜台设有通孔，载镜台上装有镜架，镜架上装有反射镜，镜架两侧固连有后足，后足与载镜台活动连接，镜架下固连有前足，前足在载镜台的通孔下方与磁环磁力连接，推拉力计下方的底座上装有丝杠，丝杠通过轴承与底座转动连接，丝杠一端固连有手轮，丝杠上装有丝母，丝母与推拉力计固连。 

底座或发射器支架上装有电池，电池通过电线与固体激光发射器连接。 

使用时，钢丝一端固定在推拉力计测量端的夹钳上，拉紧钢丝，使钢丝平直后再将钢丝的另一端用卡钳固定，所述的镜架、反射镜、前足和后足组成了物理实验常用的光杠杆，通常在前足的偏下部位设有配重块，使后足支撑镜架和反射镜在载镜台上保持垂直竖立，将前足的足尖垂直吸附在磁环上，打开固体激光发射器，通过万向支架调整固体激光发射器，使固体激光发射器发射的激光束通过反射镜折射在曲尺上，轻转手轮带动丝杠旋转，与丝杠螺纹连接的丝母带动推拉力计移动，推拉力计显示拉力或推力数值，同时磁环吸附光杠杆的前足移动，反射镜以光杠杆后足足尖为圆心产生偏转，此时反射在曲尺上的激光束进行位移，由曲尺上的刻度即可读取偏移量，设前足的足尖到两后足的足尖连线的垂直距离为D，反射镜到曲尺的距离为R，δ经光杠杆放大后在尺上对 应的大小为ΔL，则有

代入杨氏模量的公式

整理后得： 此式为求本实用新型的卧式模量测量演示仪测量结果的公式。 

本实用新型的优点是：采用反射镜折射固体激光发射器发射的激光，在曲尺上读取放大后的偏移量，可使测量现象显著直观、代入公式进行计算，其测量精度高，采用手轮微调推拉力能任意设置施力的大小、操作简单方便，对比现有技术本实用新型的卧式模量测量演示仪积小、成本低。 

附图说明

图1是本实用新型卧式模量测量演示仪的主视图； 

图2是图1的A-A剖面图； 

图3是本实用新型卧式模量测量演示仪的俯视图。 

图中1曲尺、2卡钳、3钢丝、4万向支架、5固体激光发射器、6镜架、7反射镜、8后足、9载镜台、10配重块、11前足、12磁环、13夹钳、14轨道、15推拉力计、16滑块、17丝母、18丝杠、19手轮、20底座、21镜台支架、22发射器支架、23电池。 

具体实施方式

卧式模量测量演示仪，具有底座20，其特征在于：底座上依次安装有曲尺1、卡钳2、发射器支架22、镜台支架21、轨道14，其中曲尺、卡钳、轨道通过螺栓与底座固连，发射器支架和镜台支架与底座滑动连接，轨道上装有滑动连接的滑块16，滑块上固连有推拉力计15，推拉力计的测量端设有夹钳13，夹钳的钳嘴端面与磁环12磁力连接，发射器支架上装有万向支架4，万向支架与固体激光发射器5连接，镜台支架上固连有载镜台9，载镜台设有通孔，载镜台上装有镜架6，镜架上装有反射镜7，镜架两侧固连有后足8，后足与载镜台活动连接，镜架下固连有前足11，前足在载镜台的通孔下方与磁环磁力连接，推拉力 计下方的底座上装有丝杠18，丝杠通过轴承与底座转动连接，丝杠一端固连有手轮19，丝杠上装有丝母17，丝母与推拉力计固连。 

固体激光发射器可以是带限光筒的一字固体激光发射器，这种固体激光发射器能发射一字型激光束，便于在曲尺上进行读数，固体激光发射器的电源由实验室或教室内的市电插座提供；由于钢丝3的弹性变形量很小，所以丝杠与丝母之间的螺纹采用精密细螺纹；光杠杆为物理实验常用的器具，光杠杆一般由镜架、安装在镜架上的反射镜、与镜架固连带有尖状末端的前足和后足组成，通常在前足的偏下部位设有配重块10，在自由状态下能使镜架由后足支撑在载镜台上始终保持垂直不倒；安装载镜台时，仪器应水平放置，同时载镜台安装后也应是程水平状态的平台；所述的曲尺是弧形的尺，其弧的中心是光杠杆的反射镜中心，采用曲尺可减少测量的误差，提高测量的准确性，安装曲尺时，应使曲尺中央零点处与光杠杆的反射镜中心等高，更换光杠杆时，松开曲尺的固定螺栓，在水平台上用高度尺调整曲尺高度与光杠杆的反射镜中心等高后，再旋紧曲尺的固定螺栓；所述的底座或发射器支架上装有为固体激光发射器提供电能的电池23，电池通过电线与固体激光发射器电连接，设置电池的目的是能使本技术的卧式模量测量演示仪在没有电网电源的情况下也能进行测量或演示。 

设前足的足尖到两后足的足尖连线的垂直距离为D，反射镜到尺的距离为R，δ经光杠杆放大后在尺上对应的大小为ΔL，则有

代入杨氏模量的公式

整理后得：

此式为求本实用新型的卧式杨氏模量测量演示仪测量结果的公式。 

使用时，将本实用新型的卧式模量测量演示仪放置在水平平台上，将钢丝一端穿过磁环中间的孔放入夹钳中，旋动夹钳上的旋钮将钢丝夹紧，再将磁环吸 附在夹钳前端，拉直钢丝，使钢丝平直，将钢丝的另一端放入卡钳中，转动卡钳把手，使卡钳加紧钢丝。测量时，接通固体激光发射器的电源，通过万向支架调整固体激光发射器的倾角，通过发射器支架调整固体激光发射器与光杠杆的距离，使激光入射反光镜中央区域，转动固体激光发射器使激光线水平后，再调整光杆杆和镜台支架，使光杠杆的前足垂直于磁环的端面，两后足垂直于水平的载镜台，微微转动光杠杆，使一字激光线中央落在曲尺，转动光杠杆的反光镜使激光线落在曲尺的中央零点处后，再转动手轮，使推拉力计指示大于20N某一整数处，记录拉力和光标的位置，继续等量增加大小适当的拉力，记录拉力对应光标的位置，处理数据，代入公式，便可求出杨氏模量。 

演示模量测量原理时，通过曲尺的固定螺栓拆掉曲尺，使激光线射到黑板或墙壁上，转动手轮到某一适当的位置（拉力大于20N，手轮做一醒目红色条纹标记，使标记与轨道的缘对齐），在黑板上标记该位置，手轮每转动一周，表示拉力增量相同，对应标记一次位置。相邻标记的距离近似相等，表示拉力与形量成正比，即演示模量测量原理。 

本实用新型的卧式模量测量演示仪体积比现已公知的体积都要小，由于简化了实验装置，节省了材料和模具尺寸，仪器的制造成本低；等量增减钢丝上的作用力，不受砝码限制，可根据钢丝参数不同和激光线在曲尺上移动距离的大小，适当设置增减等量作用力的大小；等量增减钢丝上的作用力通过是通过旋转手轮带动丝杠旋转、丝杠与丝母螺纹连接、丝母带动推拉力计产生的，消除了由于加减砝码产生的振颤和摇晃；光杠杆前足的足尖吸附在磁环上，在磁力的吸力和配重块的重力作用下，前足在钢丝伸缩时带着光杠杆稳定地以两个后足的足尖为轴线进行转动和光杠杆前足在磁环上稳定的上下微动，保证了加减力时，激光线移动平稳，因此，本实用新型的卧式模量测量演示仪的稳定性好； 钢丝的微小增量经光杠杆直接放大后，相邻两次等量拉力作用下对应的激光线在曲尺上的位置间距较大（10-20mm），激光线均匀细长（线宽0.5mm左右）、边缘齐整，能直接读出数据，读数直观、准确；转动光杠杆，能改变激光线的左右位置；转动反射镜，能改变激光线的上下位置，调试简单方便；由于曲尺为弧形尺，减少了测量的***误差，从而提高了测量的准确性；实验原理和测量方法同实验教材保持一致，方便学生预习和实验；实验现象直观显著，测量精度高，不仅可作为杨氏模量测量仪，还可兼作杨氏模量测量原理演示仪，方便教师指导和讲解。 

Claims (2)

1.卧式模量测量演示仪，具有底座，其特征在于：底座上依次排列安装有曲尺、卡钳、发射器支架、镜台支架、轨道，其中曲尺、卡钳、轨道通过螺栓与底座固连，发射器支架和镜台支架与底座滑动连接，轨道上装有滑动连接的滑块，滑块上固连有推拉力计，推拉力计的测量端设有夹钳，夹钳的钳嘴端面与磁环磁力连接，发射器支架上装有万向支架，万向支架与固体激光发射器连接，镜台支架上固连有载镜台，载镜台设有通孔，载镜台上装有镜架，镜架上装有反射镜，镜架两侧固连有后足，后足与载镜台活动连接，镜架下固连有前足，前足在载镜台的通孔下方与磁环磁力连接，推拉力计下方的底座上装有丝杠，丝杠通过轴承与底座转动连接，丝杠一端固连有手轮，丝杠上装有丝母，丝母与推拉力计固连。 

2.根据权利要求1所述的卧式模量测量演示仪，其特征在于：底座或发射器支架上装有电池，电池通过电线与固体激光发射器连接。 

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