金属丝杨氏模量的测定.ppt

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1、金属丝杨氏模量的测定制作人：刘钦朋1大学物理实验中心实验背景介绍杨氏模量是描述材料抗弹性形变能力的一个重要参量，在工程技术中又称为“刚度”，无论是对机械设计还是进行材料研究与应用都是非常重要的。本实验采用拉伸法测定金属丝的杨氏模量。2大学物理实验中心一、实验目的二、实验原理三、实验仪器四、实验内容及步骤五、数据记录及数据处理六、分析与思考3大学物理实验中心实验目的1.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理；2.学习用给定的仪器测量金属丝的杨氏模量；3.掌握用逐差法处理数据的方法。4大学物理实验中心实验原理1.拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量一根均匀的金属丝（或棒）原长为L，截

2、面积为S，在受到长度方向的外力F的作用时发生形变，伸长ΔL。根据胡克定律，在弹性限度内，其应力与应变成正比，即式中E称为材料的弹性模量也称为杨氏模量,设金属丝的直径为d,则由(1)式的杨氏摸量:由公式(2)知比较容易测得而是一个微小的长度变化量由此可见,如何提高ΔL测量的准确度是本实验的关键,所以,我们提出采用光杠杆放大法来测量。（1）（2）5大学物理实验中心2.光杠杆放大原理：光杠杆装置包括光杠杆反射镜、望远镜和标尺，如下图1所示。适当调节装置后，从望远镜中可读出标尺的读数。放大实现的过程如下：砝码作用下金属丝伸长与金属丝相连的圆柱体下降反射镜旋转一个角度θ入射光

3、线与反射光线的夹角变为2θ标尺上的读数变化量()。从而即将很难测量的，放大为易于测量的标尺度数差。图-1杨氏模量测量系统图-2光杠杆反射镜6大学物理实验中心设起始状态标尺上的测量读数为，当待测钢丝受力作用而伸长时，光杠杆后脚随之下降，杠杆架和镜面偏转角，反射光线转过，此时标尺读数为ni。图-3光杠杆放大原理图7大学物理实验中心因为很小，且也很小，故有（3）（4）（5）（6）其中,2D/b称为放大倍数。8大学物理实验中心实验仪器杨氏弹性模量测定仪一套包括：（1）光杠杆反射镜；（2）望远镜及标尺;（3）砝码；（4）千分尺；（5）游标卡尺；（6）钢卷尺。图-4杨氏模量测量

4、装置图-5标尺及望远镜9大学物理实验中心实验内容及步骤1.仪器调节;调整弹性模量测定仪底脚螺钉，使固定钢丝的小圆柱位于平台圆孔中间并且处于自由状态（即不与孔壁摩擦）。2.调节光杠杆和望远镜。调整的目的是从望远镜中能够看清标尺刻度。（1）粗调:找标尺像;（2）细调:找平面镜的像并调到中间,旋转望远镜目镜找分划板刻线，然后调节望远镜调焦手轮，并伴随着微调平面镜的位置和角度。以便得到最清晰的标尺的像。3.测量:(1）测量前预加一个砝码,为什么?(2）加挂砝码，待砝码静止后，记下相应的标尺读数;依次减少砝,记下相应的标尺读数；（3）取同一负荷下标尺读数的平均值，再用逐差法求

5、出变化量Δn。（4）测量钢丝直径d，上、中、下各测量三次求平均值，为什么？（5）测量标尺平面到光杠杆小镜镜面的距离D。（6）测量钢丝的长度L（注意测量部位）。（7）测量主杠尖脚至刀口间距离b，测6次取平均值。10大学物理实验中心数据记录及数据处理该实验采用逐差法处理数据,将各测量值按前后对半分为两组，一组是另一组是由于每组有四个测量值，因此，每隔4项求差得：前半组后半组nm(kg)增减Nm(kg)增减1526374811大学物理实验中心再分别求:(1)(2)(3)(4)(5)结果表示：12大学物理实验中心注意事项切勿用手触摸反射镜面和望远镜镜头。不要打碎反射镜。避免

6、用力旋转望远镜调焦旋钮。加减砝码应平稳防止产生冲击力。13大学物理实验中心分析与思考(1)分析产生误差的主要原因，实验中哪个量的测量误差对结果的影响大？如何进一步改进？(2)该数据处理能否采用作图法?若能,如何处理？14大学物理实验中心结束15大学物理实验中心