光杠杆法测定杨氏模量实验报告(3)

首先应该尽可能地减少钢丝受到的扰动。实验时应该尽量小心，保持桌面的平稳，并且尽量在标尺像晃动不太剧烈的时候迅速读数。

其次应该通过多次读取数值来消减误差。在加力和减力后，应该在标尺晃动不太剧烈时，读取几组数据，然后再求平均，通过平均的作用消减读取位置偏离真实位置的误差。

再次应该在条件允许下改善实验设备。由于标尺像在不断晃动，要在它晃动的时候看清对齐的刻度并估读数字是很困难的，所以如果条件允许，可以将望远镜改进为带有摄像功能的摄像望远镜。在标尺像晃动不太剧烈时，拍摄几组照片，之后再读取静止的照片中的读数，此时就能获得更好的精确度。

（3）其他方案设想

受到光杠杆放大微小位移的原理启发，我联想到很多微小位移都可以通过光学规律来间接求出。联系基础物理学中学到的光的干涉知识，可以设计另外的方案来测量微小位移，从而达到测量弹性模量的目的。 方案1：利用劈尖干涉测量微小位移

如图，两块薄玻璃板叠放在一起并在B端固连，可绕B端张开某一角度。在A端将钢丝与下面的玻璃板连接，当对钢丝施加拉力F时，两玻璃张开一个微小角度 ，其中的空气薄膜组成劈尖，平行光垂直照射下来后将产生劈尖干涉，根据劈尖

干涉规律，观察到的相邻明（暗）条纹间

光杠杆法测定杨氏模量实验报告

距为：b

，其中λ为入射光波长，n为空气折射率，从而得到： 2n 2nb

H

测出AB间距H，则钢丝伸长 L Htan H ，从而有 L ,

2nb

测出钢丝直径D，钢丝原长L和施加的拉力F，则有：

E

8nbFL

πD2 H

方案1：利用迈克尔逊干涉仪测量微小位移

如图为迈克尔逊干涉仪，将钢丝固连到平面镜M1上，则当拉力F使得长为L，半径为D的钢丝产生形变 L时，将带动M1向下平移相同位移，此时观察视场中将会看到干涉条纹相对某参考线移过N条，根据等厚干涉规律，有：

N

, 22FL

故有：E 2

DN

L

当然以上两个方案纯属构想，没有得到实践证明，难以评测其是否简便可行。但是这可以为我们提供测量微小位移的思路，也就是把通过精密的光学实验间接测量出难以直接测量的微小位移。

五、总结

本实验通过光杠杆的放大作用，测出了在载荷作用下钢丝的微小变形，从而测量出了钢丝的杨氏弹性模量。与文献上的理论值相比较，测量值能较好地吻合理论真值。光杠杆的放大作用同时也启发我们，放大微小位移时可以通过光学仪器或者光学规律将微小位移转化成或放大成可测量的较大位移。由此我们可以将这个思想推广到任何微小位移的测量上去，故而本实验具有重大的启发意义。实验中我通过仔细琢磨原理和小心操作仪器，顺利地解决了一些故障和意外，但是仍然存在测量精度不足的问题，故而仍需要再接再厉。

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