视频字幕
杨氏模量是描述材料弹性性质的重要物理量，定义为应力与应变的比值。由于金属丝的微小伸长很难直接测量，我们采用光杠杆法来放大这种微小形变。光杠杆装置包括金属丝、光杠杆、平面镜、光源和标尺等部件，通过光学放大原理将微小位移转换为可观测的光点移动。
光杠杆法实验装置由多个精密部件组成。金属丝作为待测材料，上端固定在夹具中，下端连接砝码托盘。光杠杆采用三点支撑结构，确保稳定性，其中一个支点与金属丝下端接触。平面镜固定在光杠杆上，用于反射光线。光源发出的光束经平面镜反射后投射到标尺上，形成光点。当金属丝受力伸长时，光杠杆发生微小转动，光点在标尺上产生明显位移。
光杠杆的放大原理基于光的反射定律和几何光学。当金属丝发生微小伸长时，光杠杆发生微小角度转动θ。根据反射定律，反射光线的偏转角为2θ。在距离镜面D处的标尺上，光点位移为2D乘以tanθ，当θ很小时近似等于2Dθ。因此放大倍数为2D除以光杠杆臂长l。通过增大镜面到标尺的距离D，可以获得更大的放大倍数，从而精确测量微小的长度变化。
测量过程需要严格按照步骤进行。首先施加预载荷消除装置间隙和非弹性变形，然后记录初始光点位置作为零点。接下来逐步增加砝码重量，每增加一个砝码就记录一次光点在标尺上的位置。通过多次测量获得载荷与位移的对应关系。整个过程中要避免冲击载荷，确保金属丝始终处于弹性变形范围内，这样才能保证测量结果的准确性。
数据处理是实验的关键步骤。根据胡克定律和光杠杆放大原理，可以推导出杨氏模量的计算公式：E等于8倍载荷增量F乘以金属丝长度L乘以光杠杆臂长l，除以π乘以金属丝直径d的平方乘以长度变化量。通过绘制载荷-位移关系图并进行线性拟合，从直线斜率可以计算出杨氏模量。最后需要进行误差分析，评估测量结果的可靠性。