微小長度的測量

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1、微小長度的測量1）實驗儀器光杠桿系統(tǒng)由單面反射鏡、光杠桿反射鏡、刻度尺及激光器組成實驗裝置圖激光器我們選用的激光器是半導(dǎo)體激光器，功耗4mw,波長電量少，效率高，光斑小等，在一定的范圍內(nèi)是能夠滿足我們的實驗要求，而且它要比氨激光器便宜許多，所以選擇半導(dǎo)體激光器。反光鏡平常所使用的平面鏡是是雙面反射的，落在刻度尺上的光斑變得很模糊，這樣我們的測量就不方便了，而且誤差變得非常大，所以選擇比較昂貴的單面反射鏡，它能夠有效的提高我們的測量精度。反射鏡大小數(shù)值方向鏡面長度設(shè)計D=50cmhl豎直（光杠桿豎直方向的尺寸）212D@max=18cm,故取hl豎直=

2、18cm；12cm=8D@maxWh2豎直（反射鏡豎直方向上的尺寸）W18D?max=27cm,故取h2豎直=12cm;水平方向鏡面寬度設(shè)計為了控制光反射三次使得水平鏡面偏折a=0.01；Hl水平（光桿桿水平方向上的尺寸）212Da=6cm,故取hl豎直=7cm4cm=8DaWh2豎直（反射鏡水平的尺寸）W18Da=9cm,故取h2豎直=5cm；2）實驗原理將光杠桿反射鏡兩后足尖放在平板的槽中由圖知當(dāng)光杠桿反射鏡轉(zhuǎn)動很小的角度?時，物體厚度滿足：sin??=x/d（x為被測長度，d為光杠桿測量支點到兩固定支點連線的垂盲距離）此時光線在刻度尺上上下移動

3、的距離如下圖l=2?2D+4@2D+6@(D+30)=180D+180?(D為兩鏡面之間的垂直距離)由以上兩式消去@得；x=ld/18(d+10)丄式即為利用光杠桿測量微小厚度的原理公式，上式還可以寫成：L=18(D+18)X/d=kx式中k=18(D+10)/d上光杠桿的放大倍數(shù)，試驗中通?？梢赃_(dá)到50-200倍。試中，我們?nèi)=50mm,d=8mm求得k=135由于光桿桿的裝置只能測量微小物體和微小形變量，故我們的裝置也就只能測量一定范圍內(nèi)的微小物體否則誤差會很大。由上圖可知光杠桿偏折?時，第一次反射偏折2?,第二次反射偏折40,第三次反射偏折6

4、?.為使tan6@,就需要令6?<0.2(tanO.2與0.2的誤差不到1?4%。），故使用本儀器要求6@<0.18,即0^0.03.@=x/d（x為長度，d為光杠桿測量支點到兩固定支點連線的垂直距離）；d=8cm,xW2.4mm,即儀器能準(zhǔn)確測量的最大長度為2.4mm;3）實驗內(nèi)容1）調(diào)節(jié)好實驗裝置，打開激光器用刻度尺測量亮點到光源的高度L12）把要測量的物體放到反射鏡兩后足下邊，然后打開激光器測量出發(fā)生偏折后的亮點距離光源的高度L2,反復(fù)試驗6次，然后記錄數(shù)據(jù)4）裝置數(shù)據(jù)測量及誤差分析次數(shù)放置物體前的高度放置物體后的高度高度變化量△計算厚度h=A

5、/倍數(shù)123456?本儀器主要誤差有一下幾個方面;1由于實驗器材和安裝方法的限制，整個儀器的安裝精度比較低，不能保證嚴(yán)格的水平和限制2、由于光杠桿的鏡子比較重，以及測量支點很小，不可避免的會使被測物體發(fā)生形變從而影響測量結(jié)果。這也是接觸測量普遍遇到的…問題；3、在考慮儀器參數(shù)時，為方便分析和計算，假使tan@=sin?=G）,以及光杠桿與反射鏡Z間的距離D不隨0的變化而變化，在計算放大倍率的時候為了方便計算，而又無誤差允許的范圍之內(nèi)，也做了些近似計算5）注意事項1）測量不易變形的物體，誤差比較小，但當(dāng)測量易變形的物體可在開始測量時，需在測量支點下點一

6、個薄鐵片，以增加接觸面積減小形變，然后進(jìn)行測量。2）為使測量精確，本儀器的量程為2.4mm.且被測的長度越小，測量誤差也越小，如果超出這個范圍，誤差就越會很大。