摘   要：杨氏模量是描述固体材料性质的一个重要物理量，用静态拉伸法测杨氏模量是本科生在普通物理学中的一个经典实验。但是，在传统实验装置的光杠杆光路调整过程中存在一定的难度，实验参数的测量存在一定的误差。本论文主要对该实验的操作和测量过程中存在的一些现象进行了分析，在借鉴现有的改进方法的基础上，从光杠杆、望远镜尺组和杨氏模量测定仪三部分入手，设计了几种新型的改进方法。通过改进可以达到提高实验效率、降低操作难度、减小测量误差的目的。本文的主要创新之处是：

1、基于反射光路原理，利用水准仪和激光器引导快速完成仪器的调节；

2、基于游标卡尺的原理，将光杠杆改装为类似游标卡尺的结构，可直接精确测量光杠杆常数；

3、基于测角仪原理，设计一个激光扇形尺测量仪直接测量镜面和标尺间的距离。

Abstract：The Young's modulus is an important physical quantity that describes the properties of a solid material. The Young's modulus measured by the static tensile method is a classical experiment among undergraduates in general physics. However, there are some difficulties in the adjustment process of the optical lever light path of the conventional experimental device, and there are some errors in the measurement of experimental parameters. In this paper, some phenomena in the operation and measurement of the experiment are analyzed, and based on the existing improvement methods. Starting from the three parts of the optical lever, telescope ruler, and Young's modulus meter, we designed several new and improved methods. The improvement can improve the experimental efficiency, reduce the difficulty of operation, and reduce the measurement error. The main innovations in this article are:

1. based on the principle of reflected light path, the use of leveling instrument and laser guidance to quickly complete the instrument adjustment;

2. Based on the principle of vernier caliper, the optical lever is converted into a structure similar to a vernier caliper, which can be used to directly and accurately measure the optical lever constant;

3. Based on the principle of the goniometer, a laser fan gauge is designed to directly measure the distance between the mirror and the scale.

关键词：杨氏模量； 装置的改进； 静态拉伸法

Key words: Young's Modulus； Improvement of the device； Static Tensile Method

目   录

第1章 杨氏模量 4

第1.1节 定义 4

第1.2节 测试方法 4

1.2.1 共振法 5

1.2.2 霍尔位置传感器法 5

1.2.3 莫尔条纹技术 5

1.2.4 驻波法 5

1.2.5 本章小结 6

第2章 静态拉伸法测量金属丝杨氏模量 6

第2.1节 实验原理 6

第2.2节 实验步骤 8

2.2.1 调节 8

2.2.2 测量 9

第3章 实验的现状 9

第3.1节 实验现象的分析 10

第3.2节 现有的改进方法 10

第4章 实验装置的改进 11

第4.1节 光杠杆结构的改进 11

4.1.1 光杠杆常数 的精确测量 11

4.1.2 水准仪辅助调节平面镜 12

第4.2节 望远镜尺组装置的改进 12

4.2.1 标尺的稳定性处理 12

4.2.2 水准仪辅助调节望远镜 12

4.2.3 激光器辅助调节光路 13

4.2.4 激光器辅助测距 14

第4.3节 杨氏模量测定仪的改进 15

第5章 结论 16

参考文献 17

致  谢 18

引  言

杨氏模量是工程材料中的一个重要的物理参量。在许多工程领域中，杨氏模量是选定机械零件材料的重要依据之一, 测量材料的杨氏模量在本科生物理课程的力学实验中是非常重要的[1]。目前，国内外测量杨氏模量的方法有许多种，譬如：拉伸法、共振法、压入法、内耗法等常用方法，还有光纤位移传感器、霍尔位置传感器、莫尔条纹技术、电容法和驻波法等先进的实验方法。