第一章 光弹性的基本原理

第一章 绪论

1.1 概论

实验应力分析，是用实验方法分析受力构件的应变和应力的一门科学，是一门与工程实

际密切联系的学科。

研究力学问题有两种途径，即理论分析和实验分析，两者相辅相成。实验的结果常常为

新理论的建立提供依据，新理论的提出要求实验的发展与之相适应；理论计算的结果需要实

验验证；实验的设计和实施需要理论分析的结论做指导。

实验应力分析可以检验和提高设计质量、工程结构的安全性和可靠性，可以达到减少材

料消耗、降低生产成本和节约能源的要求。它还可以为发展新理论、设计新型结构以及新材

料的应用提供依据。实验应力分析不仅可以推动理论分析的发展，而且能有效地解决许多理

论上尚不能解决的工程实际问题。因此它和应力分析理论一样，是解决工程强度问题的一个

重要手段，在航空、机械、土木等工程领域得到广泛的应用。

实验应力分析的方法很多，主要有电测法、光测法等。随着科学技术和工农业生产的高

速发展，对应力和应变测试技术也提出了更高和更新的要求，目前测试技术正由宏观向微观

发展；由静态向动态、瞬态发展；由本地测试向远程、遥控发展；由单机向网络化发展；由

模拟向数字化发展；由手动向自动化发展。测试技术的水平越高对科学研究的促进越大，反

之，科学研究的新成果也促进测试技术的发展。可以预期，微机械、微电子技术和计算机技

术的发展将使测试技术产生更大的变化和提高。

1.2 测量的基本概念

测量就是用一定的工具或仪器设备来确定一个未知量数值的过程。测量方法可分为直接

测量和间接测量，直接测量是借助于测量工具或测量仪器把被测量与同性质的标准量进行比

较，例如测量物体的重量，可以通过天平秤将砝码与被测物进行比较。有时则无法将被测量

与标准量直接比较，而要作一些变换后才能进行，例如用压力表测量容器中的压力时，必须

将压力转换成压力表上指针的刻度，同时压力的标准量也被转换到压力表的刻度盘上，这样

被测量与标准量都被转换成同性质的位移量（中间量），就可以比较了。以上两种测量方法

编者的话

高校理科物理类专业（四年制）近代物理实验教学基本要求

第一章 随机误差及其几种主要分布

1 随机误差及其几种主要分布

2 蒙特卡罗方法

第二章 核物理实验

实验2－1 盖革－弥勒计数器及核衰变的统计规律

实验2－2 闪烁计数器及γ能谱测量

实验2－3 符合测量

实验2－4 相对论电子的动能与动量关系的测量

第三章原子物理实验

实验3－1 密立根油滴实验

实验3－2 夫兰克-赫兹实验

实验3－3 氢的同位素光谱

实验3－4 斯特恩-盖拉赫实验

实验3－5 塞曼效应

第四章 光学类实验

实验4－1 光弹性效应

实验4－2 傅里叶变换光谱

实验4－3 光速实验Ⅰ：声光调制和光速测量

实验4－4 光速实验Ⅱ：光速和介质折射率的测量

实验4－5 电光调制器特性的测试 实验4－6 法拉第效应

实验4－7 光电混合型光学双稳态

实验4－8 光子计数实验Ⅰ：单光子计数

实验4－9 光子计数实验Ⅱ：时间分辨光子计数实验系统

实验4－10 荧光光谱

第五章 X射线和电子衍射实验

实验5－1 粉末照相法

实验5－2 劳厄照相法

实验5－3 电子衍射实验

第六章 磁共振实验

实验6－1核磁共振

实验6－2 脉冲核磁共振

实验6－3 光泵磁共振

第七章 微波实验

实验7－1 微波基础实验

实验7－2 微波电子自旋共振

第八章 真空镀膜实验

实验8－1 离子溅射镀膜

第九章 高等物理实验

实验9－1 晶体光折变效应与光学存储

实验9－2 新型散射现象及其应用

实验9－3 晶格振动拉曼光谱在宝石鉴定中的应用 实验9－4 高压相变的光学显微镜观察

实验9－5 光通信实验

实验9－6 光纤光栅传感实验

实验9－7 掺铒光纤放大器

实验9－8 电光小角度传递与检测

实验9－9 微弱信号检测和锁相放大器

实验9－10 基于PoweLab数据采集分析系统的生理信号分析

实验9－11 基于LabVIEW的人体心电信号采集程序开发

第一章

1．举例说明符合光传播基本定律的生活现象及各定律的应用。

答：(1）光的直线传播定律

影子的形成；日蚀；月蚀;均可证明此定律。

应用:许多精密的测量，如大地测量（地形地貌测量），光学测量,天文测量.

（2)光的独立传播定律

定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播.

说明：各光束在一点交会，光的强度是各光束强度的简单叠加，离开交会点后，各光束仍按各自原来的方向传播。

2．已知真空中的光速c3×108m/s,求光在水(n=1。333)、冕牌玻璃(n=1。51）、火石玻璃(n=1.65)、加拿大树胶(n=1.526)、金刚石（n=2.417)等介质中的光速.

解:v=c/n

(1) 光在水中的速度:v=3×108/1。333=2。25×108 m/s

(2) 光在冕牌玻璃中的速度:v=3×108/1。51=1.99×108 m/s

(3) 光在火石玻璃中的速度:v=3×108/1。65=1.82×108 m/s

(4) 光在加拿大树胶中的速度:v=3×108/1.526=1。97×108 m/s

(5) 光在金刚石中的速度：v=3×108/2.417=1.24×108m/s

*背景资料:最初用于制造镜头的玻璃，就是普通窗户玻璃或酒瓶上的疙瘩,形状类似“冠”，皇冠玻璃或冕牌玻璃的名称由此而来。那时候的玻璃极不均匀，多泡沫.除了冕牌玻璃外还有另一种含铅量较多的燧石玻璃（也称火石玻璃)。

3．一物体经针孔相机在屏上成像的大小为60mm，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离.

解：

706050lll=300mm

4．一厚度为200mm的平行平板玻璃(设n=1。5)，下面放一直径为1mm的金属片.若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？

第1篇

一、实验目的

1. 了解光测弹性原理，掌握光测弹性仪的使用方法。

2. 观察光弹性模型受力后的光学效应，分析应力分布。

3. 通过实验数据，验证光测弹性原理在应力分析中的可行性。

二、实验原理

光测弹性法是一种利用光学方法测量材料内部应力分布的技术。其基本原理是：当光波通过各向异性的弹性体时，会发生双折射现象，使得光波分解为两束折射光线。这两束光线在通过弹性体时，由于受到不同的应力作用，其相位差发生变化，从而导致光强分布发生变化。通过观察光强分布的变化，可以分析出材料内部的应力分布。

三、实验仪器与材料

1. 光测弹性仪：包括光源、起偏器、检偏器、1/4波片、补偿器等。

2. 光弹性模型：由各向异性材料制成，形状可根据实际需求设计。

3. 支撑装置：用于固定光弹性模型。

4. 测量工具：如标尺、游标卡尺等。

四、实验步骤

1. 将光弹性模型固定在支撑装置上，确保模型在受力过程中保持稳定。

2. 打开光源，调节光强，使其达到适宜水平。

3. 将起偏器放置在光源与光弹性模型之间，使其产生线偏振光。

4. 将1/4波片放置在起偏器与光弹性模型之间，使其产生圆偏振光。

5. 将光弹性模型放置在检偏器前，调整检偏器，观察光强分布。

6. 在光弹性模型上施加不同方向的力，观察光强分布的变化。

7. 记录实验数据，分析应力分布。

五、实验结果与分析 1. 实验过程中，当施加不同方向的力时，光强分布发生了明显变化。在受力较大的区域，光强分布呈现出明显的条纹状，且条纹间距随着应力的增大而增大。

2. 通过对实验数据的分析，可以得出以下结论：

（1）光测弹性法可以有效地测量材料内部的应力分布。

（2）应力分布与光强分布之间存在一定的对应关系，即应力越大，光强分布的条纹间距越大。

（3）光测弹性法在实际工程中的应用具有广泛的前景。

六、实验总结

1. 本实验成功地验证了光测弹性原理在应力分析中的可行性，为今后相关研究提供了实验依据。