[發明專利]邁克爾遜干涉測量金屬絲楊氏模量

無效

• 申請號: 201210107322.7
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102636123A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 胡再國;鄒旭敏;王維果
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及楊氏模量的測量，特別是使用邁克爾遜干涉方法測量楊氏模量。

背景技術

楊氏模量是大學物理實驗的一個經典實驗，但由于測量時伸長量比較小，一般采用光杠桿進行放大，增減砝碼的個數，觀察望遠鏡中標尺像移過分劃板某一根直線的刻度線數目來獲取金屬絲長度的變化量。

楊氏模量由于變化量小，金屬絲被夾在兩個夾頭之間，造成測量長度有困難；測量光杠桿與標尺的距離一般采用卷尺懸空測量，卷尺的彎曲和卷尺是否與標尺垂直等都會帶來測量的誤差；光杠桿后腳到鏡面的距離測量精度也比較低；望遠鏡、光杠桿的平面鏡以及標尺之間的相對調節也比較困難。

發明內容

為了克服現有楊氏模量測量儀的困難，為了更準確的測量金屬絲的楊氏模量，本發明采用邁克爾遜干涉的方法來測量金屬絲的微小伸長量。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：將金屬絲的一端固定在邁克爾遜干涉儀的底部、另一端固定在邁克爾遜干涉裝置的一個平面鏡上，當金屬絲拉伸伸長后導致平面鏡移動帶來光程差，使干涉條紋發生移動，當拉伸的重量變化比較慢時，就能觀察到一個一個條紋的移動，可以采用類似醫院的輸液裝置來獲取一個緩慢變化的拉力，通過拉力傳感器來獲取拉力的變化量。

本發明的有益效果是：測量精確；變化直觀；操作簡單；用于大學物理實驗更能體現技術的相互融合，提高學生實驗興趣。

附圖說明

圖1是邁克爾遜干涉測量楊氏模量示意圖。

其中，1、金屬絲固定點，2、金屬絲，3、定滑輪，4、平面鏡，5、平面鏡底座套筒，6、分束鏡，7、平面鏡，8、觀察屏，9、拉力傳感器，10、支架，11、盛水容器，12、水流速控制旋鈕，13、金屬桶。

具體實施方式

金屬絲2每間隔1mm噴涂一種顏色，使金屬絲自帶長度測量功能，建議每間隔10mm噴涂紅色，其它位置噴涂黑色，如果技術允許，顏色最好環狀噴涂。也可以在設計邁克爾遜干涉儀時，固定兩個參考位置（平面鏡4處于其中的一個參考位置），使兩個參考位置的距離為一個定長，這樣就可以省略長度的測量。

盛水容器11和水流速控制旋鈕12組成類似醫院輸液的裝置，流速控制在每分鐘100毫升-200毫升比較合適，盛水容器11懸掛在一個穩固的支架10上。

金屬絲固定點1是金屬絲的起點，然后金屬絲繞過兩個定滑輪3，固定在平面鏡底座套筒5上，金屬絲繼續向前經過一個定滑輪，然后懸掛金屬桶13。

邁克爾遜干涉由半導體激光器、擴束鏡、分束鏡6、平面鏡4和平面鏡7組成。打開激光器電源，調節激光器的位置使激光能夠照到平面鏡4和平面鏡7，調節平面鏡7的位置和傾角使觀察屏8上看到兩個光點重合后出現的小的干涉條紋（為簡化調節步驟，制造時可以使平面鏡4和平面鏡7到分束鏡6的距離相等，這樣只需要調節平面鏡7的傾角，使兩個光點重合后出現的小的干涉條紋即可），將擴束鏡引入光路，此時在觀察屏上看到更大的干涉條紋，微調平面鏡7的傾角使觀察屏上看到圓條紋，改變平面鏡7的位置可以改變圓條紋的大小。

當觀察屏上的條紋合適時，記錄此時的拉力傳感器9的讀數，打開水流速控制旋鈕12的控制水的流速，水從盛水容器11通過輸液管道流到金屬桶13，觀察干涉條紋的變化數目以及拉力傳感器9的讀數變化。

根據激光波長和干涉條紋數獲取金屬絲的伸長量、根據拉力傳感器9的讀數變化獲取拉力的大小、數出金屬絲兩個固定點之間的紅顏色數（厘米數）以及兩固定點紅色外側的黑色個數獲取金屬絲的長度、用千分尺測量金屬絲的直徑，有了這些數據后就可以計算金屬絲的楊氏模量。