傳統光杠桿測量原理實驗裝置圖

❶ 光杠桿測量原理是怎樣的

光杠桿測量原理即光杠桿鏡尺法測量微小伸長量原理.

1．拉伸法測量楊氏模量

◆原理：本實驗採用光杠桿放大法進行測量。彈性楊氏模量是反映材料形變與內應力關系的物理量，實驗表明，在彈性范圍內，正應力（單位橫截面積上垂直作用力與橫截面積之比，）與線應變（物體的相對伸長）成正比，這個規律稱為虎克定律。

2．測量圓環的轉動慣量

◆結構：三線擺是上、下兩個勻質圓盤，通過三條等長的擺線（擺線為不易拉伸的細線）連接而成。

◆原理：三線擺的擺動周期與擺盤的轉動慣量有一定關系，所以把待測樣品放在擺盤上後，三線擺系統的擺動周期就要相應地隨之改變。這樣，根據擺動周期、擺盤質量以及有關的參量，就能求出擺動系統的轉動慣量。

❷ 光杠桿放大的原理

原理：如果入射光固定，那麼轉動鏡面一個角度A. 那麼反射光線會偏折2A。 反射光線投射到遠方的牆壁上，那麼這個2A的角度變化會使得光斑移動一個很大的距離。而使得鏡面轉動的距離一般比較小。這是一個測量小距離的方法。

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，F1和F2為前面的支點，R是後面的支點。

鏡的偏轉面所在的平面平行於F1、F2的連線，R安裝在待測量的位置變化的物體上，F1和F2固定於基座，使平面鏡能繞F1F2軸轉動，L是望遠鏡，S是標尺（它上面的字是反的），當光線經M反射後，標尺S上的刻度可通過望遠鏡觀測。

(2)傳統光杠桿測量原理實驗裝置圖擴展閱讀：

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，F1和F2為前面的支點，R是後面的支點。

鏡的偏轉面所在的平面平行於F1、F2的連線，R安裝在待測量的位置變化的物體上，F1和F2固定於基座，使平面鏡能繞F1、F2軸轉動，L是望遠鏡，S是標尺（它上面的字是反的），當光線經M反射後，標尺S上的刻度可通過望遠鏡觀測。

❸ 光杠桿的工作原理是什麼如何正確使用

光杠桿測量原理即光杠桿鏡尺法測量微小伸長量原理. 1．拉伸法測量楊氏模量 ◆原回理：本實驗採用光杠答桿放大法進行測量。彈性楊氏模量是反映材料形變與內應力關系的物理量，實驗表明，在彈性范圍內，正應力（單位橫截面積上垂直作用力與橫截面積之比，）與線應變（物體的相對伸長）成正比，這個規律稱為虎克定律。 2．測量圓環的轉動慣量 ◆結構：三線擺是上、下兩個勻質圓盤，通過三條等長的擺線（擺線為不易拉伸的細線）連接而成。 ◆原理：三線擺的擺動周期與擺盤的轉動慣量有一定關系，所以把待測樣品放在擺盤上後，三線擺系統的擺動周期就要相應地隨之改變。這樣，根據擺動周期、擺盤質量以及有關的參量，就能求出擺動系統的轉動慣量。

❹ 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

❺ 利用光杠桿原理進行微小尺度測量的例子

可用來測量1m長的黃銅棒的線膨脹系數

❻ 光杠桿鏡利用了什麼原理

利用光的反射定律。光的直線傳播。三角計算。
起放大作用，將一些微小的變化，通過「光杠桿鏡尺法 」進行放大。常見的扭秤就是

❼ 說明光杠桿放大原理

原理：如來果入射光固定，那麼轉動自鏡面一個角度A. 那麼反射光線會偏折2A。 反射光線投射到遠方的牆壁上，那麼這個2A的角度變化會使得光斑移動一個很大的距離。而使得鏡面轉動的距離一般比較小。這是一個測量小距離的方法。

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，F1和F2為前面的支點，R是後面的支點。

鏡的偏轉面所在的平面平行於F1、F2的連線，R安裝在待測量的位置變化的物體上，F1和F2固定於基座，使平面鏡能繞F1F2軸轉動，L是望遠鏡，S是標尺（它上面的字是反的），當光線經M反射後，標尺S上的刻度可通過望遠鏡觀測。

(7)傳統光杠桿測量原理實驗裝置圖擴展閱讀：

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，F1和F2為前面的支點，R是後面的支點。

鏡的偏轉面所在的平面平行於F1、F2的連線，R安裝在待測量的位置變化的物體上，F1和F2固定於基座，使平面鏡能繞F1、F2軸轉動，L是望遠鏡，S是標尺（它上面的字是反的），當光線經M反射後，標尺S上的刻度可通過望遠鏡觀測。

❽ 在楊氏彈性模量的測實驗中,畫出杠桿的原理圖,導出其放大微小長度l的公式

在楊氏彈性模量的測實驗中,假設，ΔL為鋼絲伸長量，b為光杠桿長，D為鏡面到尺面的距離，Δn為刻度尺讀數的變化量，原理圖和推導如圖。