YMCI扬氏模量测定仪说明书资料.docx
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YMCI扬氏模量测定仪说明书资料
YMC使用说明书
一、仪器的用途
YMC－I型杨氏模量测定仪是高等及中等院校必备的经典
教学实验仪器。
它是利用光杠杆对金属丝长度的微小形变进行测量的原理，对材料的杨氏模量进行测定的物理实验设备。
二、主要技术参数
望远镜：
放大倍数
30X
物镜有效孔径
42mm
视场角
1°26′
视距乘常数
100
最短视距
2M
标
尺：
格值
1mm
长度
30mm
尺读望远镜
外形尺寸：
230×230×500
全重：
Kg
测量架
外形尺寸：
400×400×1780
全重：
Kg
1
三、实验原理
柱状体受外力作用时的形变量L，柱状体的长度L，截面
积S，作用力F，满足虎克定律：
F
L
（1－1）
Y
L
S
式中Y称为杨氏弹性模量，其单位为
N/m2，是表征材料抗
应变能力的一个固定参量，由材料的材质决定，与其几何形状
无关。
由于一般L很小，常采用光杠杆放大法进行测量，图一为其原理图。
'
θ
θ
θ
L
图一
1、反射镜2、与钢丝相连的夹套组件I
3、中托板4、标尺5、望远镜
初始时，镜面M的法线正好是水平的，假设是理想状态，
n0是反射镜M的法线。
当金属丝伸长L，光杠杆镜架后尖脚随
2
金属丝下落L，带动M转一θ角，镜面至M’，法线也转过一
角度。
根据光的反射定律，on0和on的夹角为2θ。
如果反射镜面到标尺的距离为D，后尖脚到前两脚间连线的
垂直距离为b，则有：
L
n
n0
tan
tan2
D
b
由于θ很小，所以有：
L
nn
0
b
2
D
消去θ，得
nn0
bb
（1－2）
L
n
2D
2D
式中，n-n0=
n。
由于伸长量
L是难测的微小长度，但当取
D远大于b后，
经光杠杆转换后的量n却是较大的量，2D/b决定了光杠杆的
放大倍数。
这就是光杠杆的放大原理，它已被应用在很多精密
测量仪器中。
将式（1－2）代入式（1－1）得：
Y
FL
8FLD
1
SL
d2b
（1－3）
n
本实验使钢丝伸长的力
F是砝码作用在钢丝上的重力
mg，
因此，杨氏弹性模量的测量公式为
3
8mgLD
1
（1－4）
Y
2b
n
d
式中，
n与m有对应关系，如果m是1个砝码的质量,
n
应是荷重增（或减）
1个砝码所引起的光标偏移量；如果
n
是荷重增（或减）
4个砝码所引起的光标偏移量，
m就应是4
个砝码的质量。
四、仪器组装步骤
本仪器分成二部分，即测量架部件和尺读望远镜部件，其
中光杠杆归属测量架部件。
一）、测量架的装配，如图二所示。
1、地脚组件1装在三角底座2上，把水泡座3用M10×
45螺栓紧定在三角座2上，调节地脚组件，使水泡处在中心位置即可。
2、把支杆组件（即长杆）二根装入水泡座3的两个孔内，
用长杆上附带的螺母固定；放上中、上托板8、12，注意中托
板有三条横槽面朝上，上托板无上下区分。
分别用M10十字胶
木螺钉紧定两托板，紧定前，螺钉的内侧螺孔应先置入一个柱
形铜顶，这样可在长杆的任意高度上固定两托板，一般上托板
距长杆顶端均5cm，中托板距下方水泡座50cm左右，这样可以
保证上中托板间钢丝的长度大于80cm。
3、把钢丝一端连接好卡紧组件6，注意必须卡紧，钢丝
4
另一端先穿过夹套组件I，在组件I距卡紧组件6约3cm处旋
紧组件I，使之固定在钢丝上，然后穿过中托板的中心孔；把
夹套组件II放入上托板的中心孔内，可以看到组件II的外圆
壁上有一浅限位孔，使之对准上托板前端的一颗螺丝，用小螺
丝刀旋进该螺丝，至浅孔内，这样组件II就固定在上托板上
了；把已装了组件I的钢丝从组件II的中心孔内穿出，当组
件I上端与中托板上表面齐平时，旋紧组件II，必须用力旋紧，以防加砝码时钢丝拉脱，这样整个钢丝悬挂系统安装完毕。
4、把砝码挂钩挂入组件6，此时挂钩与水泡座3应有一
定的距离。
5、打开装望远镜的小木盒，取出其中的反射镜组件9，
把盒中的一支七字形支脚长臂放入组件9的圆孔中，并用滚花
螺钉固定好；把该组件放在中托板上，七字形支脚的短臂尖脚
放在夹套组件I上，适当调节长臂的伸进量，使组件9的两个
前尖脚放在中托板的横槽内，用木盒内附置的一根链或绳系住
组件9，并连接在支杆上，以免反射镜组件9跌落损坏；把中
托板横端的一个止动螺丝旋进夹套组件I的限位槽内，但不可
顶死，使保证组件I可随钢丝上下窜动，但不可转动。
二）、尺读望远镜的安装，如图三。
1、把立杆13与底座21螺纹连接到位（旋到底至旋不动
为止）
5
图二测量架组
1、地脚组件2、三角底座3、水泡座4、支杆组件
5、砝码及挂钩6、卡紧组件7、夹套组件I
8、中托板9、反射镜组件10、钢丝
11、夹套组件II12、上托板
6
图三
尺读望远镜组架
13、立杆
14
、望远镜
15、托板
16、可调螺钉
17
、望远镜座
18、滑套
19、标尺
20
、标尺座
21、底座
7
2、依次把标尺座20、望远镜座17（望远镜已装在其上）
放入立杆13，分别固定在适当位置，标尺座与望远镜座可紧挨
着。
3、把标尺19放入标尺座20至中间位置，并固定标尺，
标尺红段朝上，这样通过望远镜的反像作用可看见标尺刻字的
正像。
4、分别检查望远镜各调节部件是否转动灵活（可调螺钉
6，目镜调节圈和调焦手轮）
三）、放置如图四（供参考）
1、一般尺读望远镜安置在实验桌上时，考虑到操作者坐
姿，其眼睛离地110cm左右，故望远镜的离地高度也为110cm
左右，因要求望远镜与光杠杆反射镜水平，所以测量架部件应
垫高放置，常规可垫高30－40cm；为美观，可沿墙做一矮柜，
用以放置测量架。
2、用望远镜来观察光杠杆反射镜中标尺的像，望远镜与
反射镜的距离应保持在2m以上。
3、要求测量架靠有窗户的墙放置，可保证标尺上有足够
的光亮度使望远镜中视场清晰，且室内外照明条件应良好；有
条件时，可放一小台灯照明标尺。
8
>2M
图四
1、开有窗户的墙2、测量架3、矮柜
4、尺读望远镜5、实验桌（台）
五、结构特点
1、使用大口径Φ50mm反射镜，镜面采用K9光学玻璃，
真空镀膜，使之反射较高，找像容易，成像清晰。
2、望远镜为工程水准仪改制，大口径，大景深，成像质量高。
3、为防止钢丝扭转，中托板上设有限位螺钉，钢丝与砝
码挂钩只能上下窜动，不能圆周转动，使实验误差减少。
六、实验操作
1、实验中一般为二人合作完成，其中一人（下文中称甲）
负责调节反射镜和增减砝码，另一人（下文中称乙）负责调节望远镜并读数，然后互换。
9
2、乙目测望远镜与反射镜是否水平，并根据需要要求甲
调节反射镜的俯仰；乙通过望远镜同时调节调焦旋钮，找到标
尺像，此过程中可适当移动尺读望远镜部件的位置，以使找像
迅速准确，要求看到的标尺像大致在红黑相间部位，如不在可
适当调节标尺的位置，或望远镜在立杆上的位置。
3、
由甲逐次增加砝码，乙记录相应的读数
ni，一为8次；
然后再逐个取下，并记录相应的读数
ni’。
4、
增减砝码时，动作要轻柔，以免造成钢丝剧烈晃动影
响读数。
5、
计算出同一负荷下标尺的读数平均值
ni,用逐差法求
出在增减四个砝码时钢丝的平均偏移量
n。
6、
用卷尺（自备）测取夹紧部件
I、II
之间（必须是夹
紧点起计）的钢丝长度
L和反射镜至标尺的距离
D。
7、
用短尺（自备）量取光杠杆短臂尖脚至组件
9的两个
尖脚连线的垂直距离b。
8、用千分尺（自备）测取钢丝直径d，由于钢丝直径可
能不均匀，应在上、中、下各部位进行测量，每位置在相互垂直的方向各测一次（要求不高时可免）。
七、数据处理
1、测量钢丝的微小伸长量，记录表如下：
10
序号砝码质量
光标示值ni/cm
光标偏移量
偏差
im/kg
增荷时减荷时平均值
i+4
i
｜δ（
n）｜
n=n
-n/cm
0
1
2
3
4
n
n
5
6
7
钢丝微小伸长量的放大量的测量结果为
n＝（±）cm
2、测量钢丝直径记录表d0=mm；
测量部位上部中部下部平均值
测量方向纵向横向纵向横向纵向横向
D/mm
3、依次测L、D、b值：
L＝（±）m
D＝（±）m
b＝（±）m
4、代入公式，计量出钢丝的杨氏弹性模量，如有计算不
11
确定度要求，请按相关要求计算。
八、仪器的保管和维护
1、望远镜的调焦旋钮调节时应轻柔，尤其是在两端感觉
已被限位时，不能用力，否则易损坏；不用时应用镜罩遮挡物
镜、目镜，或用袋形物套住望远镜。
2、仪器要放在干燥通风、无腐蚀性气体的室内，并防止
突然撞击与强烈振动。
3、反射镜上有灰尘、污迹时，用擦镜纸擦去，切勿用手
指、粗布擦，以免镜面起毛，影响观察和读数的准确。
4、调试仪器时，切记要用手托住移动部分，然后旋松锁
紧手轮，以免相互撞击。
5、各手轮及可动部分如发生阻滞不灵现象时，应立即检
查原因，切勿强扭，以防损坏仪器结构或机件，不用时要常上油，以防止生锈。
九、全套仪器及附件
仪器组成：
测量架
1台
反射镜组
1组
尺读望远镜
1台
使用说明书
1份
12
合格证
1份
附件组成：
砝码（1kg/只）
8只
挂钩
1只
钢丝
1.5米（约）
十、装箱单
1号装箱
2号装箱
1、三角底座
1只
1、反射镜组件
1
套
2、底座
1只
2、望远镜组件
1
套
3、上托板
1只
3、标尺组件
1
套
4、中托板
1只
4、支杆组件
2
根（净高145cm）
5、水泡座
1只
5、立杆
1
根（净高52cm）
6、夹套组件II
1只
6、标尺
1
把
7、砝码
8只
7、悬挂链或绳
1
根
8、砝码挂钩
1只
8、合格证
1
张
9、夹套组件I
1只
9、说明书
1
份
10、卡紧组件
1套
11、地脚组件
3只
12、Φ0.8钢丝
1.5M（发货时直径将有所变化，
以实验中实际测量为准）
13、柱形铜顶
4只
13
14、M10×45螺栓
3只
15、M10胶木螺钉
4只
注：
按用户购买数量，部分组件如长杆等，将可能集中组
装成箱，其他部件也可能混装，请用户根据所购数量逐一清点
各项组件。
14
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