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用等厚干涉法测量弹性模量的研究

摘要：弹性模量是反映物体应变与应力关系的物理量，不仅是大学物理实验中的一个重要实验，也是检测建筑器材

在地震中抗震承受能力的一个重要性能指标，本文就弹性模量的测量提出一种新的方法——用等厚干涉法测量弹性模

量。通过理论与实验验证，本文所建立的理论模型具有较强的可操作性和严谨性，并设计了一套方便测量读数的简易实

验装置。实验测量表明，用本文所提出的方法测量结果的标准差小于1.4%。

关键词：弹性模量；等厚干涉；弹性模量测量

中图分类号：O343文献标志码：A文章编号：1671-7406（2019）03-0057-06

胡克定律指出，在弹性限度内弹性物体的应测量横向弹性模量的大小关键在于测量被测线性

力与应变成正比，所以弹性模量是反映物体应力材料的绝对伸长量ΔL。

与应变关系的物理量，是工程技术设计和选择机本文设计测量弹性模量方法理论示图如图1-

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械零件材料时常用的一个物理参数。横向弹性5所示，备长度为L被测线状弹性材料，将其两端

模量的大小决定了建筑器材在地震中的抗震承受因定，对被测材料线度垂直方向施一力F，在两固

能力，弹性模量对建筑器材或工程材料的选取也定点处被测线状弹性材料拉伸前后形成角分别为

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是一项较重要的物理参量。目前，对弹性模量测θ、θ，由于θ、θ很小，常规的测量工具无法测量

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量方法的研究较多，主要有伸长法、等厚干涉法、出θ、θ，设计如图4所示，在被测线状弹性材料拉

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双缝干涉法、衍射法、液压法、梁弯曲法等。国伸前线度方向放置一固定光学玻璃片，再在延被

外较新的研究如美国MTS公司用纳米压入测量仪测线状弹性材料随动拉伸线度固定另一光学玻璃

测量物体的弹性模量、日本利用客观散斑场测量片。当被测材料被拉伸时，两光学玻璃片便形成

固体材料的弹性模量、德国利用原子力显微镜测空气劈尖干涉（等厚干涉），则可利用干涉法测出

量细胞的杨氏模量等。本文提出一种测量弹性模θ、θ，几何关系进一步计算出被测线性材料的绝

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量方法——用等厚干涉法测量弹性模量，所需测对伸长量ΔL，获得被测材料的弹性模量。

量实验平台搭建较为简单，材料常见易得，作为大图1是将弹簧测力计置于被测线性材料中点

学物理实验课程教学的拓展实验具有较强的可操情况的受力分析图。图2、图3是将弹簧测力计置

作性，同时也可运用工程材料弹性模量的测量。于被测线性材料任一点情况的受力分析图，其中

BD是光学玻璃片的所处位置。（为了实验测量的1

1实验原理精确性与理论简化，本实验一般将弹簧测力计置

由胡克定律可知，在弹性限度内，对于弹性材于被测线性材料中点或者置于被测线性材料上离

料应力与应变比值为一定值，即横向弹性模量，表光学玻璃片较近的一端。）

[7]由图4所示测试平台，