金属丝的杨氏弹性模量的测量课件.ppt

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1、金属丝的杨氏弹性模量的测量实验背景介绍杨氏模量是材料抗弹性形变能力的一个重要参数，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。本实验采用静态拉伸法测定钢丝的杨氏模量。【实验目的】1.学会用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量。2.掌握光杠杆法测量微小长度变化的原理和方法。3.练习用逐差法处理数据。【实验仪器】杨氏模量仪、光杠杆、砝码、米尺（或钢卷尺）、螺旋测微器、游标卡尺、望远镜尺组等。【实验原理】物体在外力作用下发生形状大小的变化，称为形变。在本实验中，只研究弹性形变。最简单的形变是金属丝或棒受到沿纵向外力作用后所引

2、起的长度的伸长或缩短，拉伸法就是研究这种简单弹性形变的方法。设有一根长为L、粗细均匀的钢丝，截面积为S，在外力F的作用下伸长△L。根据胡克定律，在弹性限度内，应变与应力成正比，即(1)式中比例系数E叫做杨氏弹性模量。若钢丝的直径为d，则，所以(2)在SI制中，E的单位为。【实验装置】拉伸法实验装置下如图所示。【测量原理】光杠杆的丁字形横架上装有一个平面镜，架子下面有三只足C1,C2,C3,构成等腰三角形，C3到C1C2连线的垂直距离为b,光杠杆测量原理如图3所示。(3)【实验步骤】1.仪器的调节(1)调节杨氏模量仪器底座螺丝，使金属丝(钢丝)处于铅直

3、状态，同时观察放在平台上的水准仪，使中间平台处于水平状态。(2)调节光杠杆位置。将光杠杆放在平台上，两前足C1,C2放在平台槽内，后尖足放在圆柱体夹具上端平面上，用眼估计使平面镜的法线水平。(3)调节望远镜尺组。把望远镜尺组方在距平面镜1米左右处，用铅垂线将标尺调成竖直状态，是望远镜水平对准平面镜并与平面镜等高。先用眼睛从望远镜上方沿镜筒轴线方向瞄准平面镜，观察镜中是否有标尺的像，若没有，可移动望远镜位置或左右移动镜尺组支架，直至看到为止。这时，在从望远镜中去观察，先调节目镜，使十字叉丝清晰，最后缓缓旋转调焦手轮，进行调焦，从望远镜中先看到平面镜中的

4、像，继续调焦，便能从望远镜中看到清晰的标尺的像，轻微改变光杠杆镜面的倾角，或稍微移动标尺，使从望远镜中观察到的十字叉丝横线在标尺零刻度线附近。调节完毕后，实验过程中再不得触动仪器。2.观测伸长量变化重为1千克砝码盘挂在钢丝下端使钢丝拉直，记下此时望远镜中标尺的读数n0，作为开始拉伸的初始读数，然后在砝码盘上逐次增加1千克重的砝码，每增加1千克砝码，读取一次数据，一共增加7次，得到一组读数为n0、n1、n2…n7，这是增加拉力的过程，此时，在逐次撤掉2kg砝码，每撤一次，读取一次数据，记录相应的读数n7′,n6′…n0′,这是减力过程，取两组相对应数据

5、的平均值i=0,1……7，利用逐差法处理数据。3.其它各量的测量(1)测量光杠杆前后足距离。把光杠杆镜的三只足尖硬在一张白纸上，得C1,C2,C3三个凹痕标记，用游标卡尺量出后足C3到前足C1C2连线的距离b。(2)测量金属丝直径用螺旋测微计在金属丝的不同部位测量其直径5次，取其平均值。0.800mm(3)用钢卷尺测量光杠杆平面镜到望远镜标尺的距离D。(4)用米尺测量金属丝原长L。【注意事项】1、钢丝的两端一定要加紧，避免砝码加重后而脱落。2、光杠杆、望远镜尺组所组成的光学系统一经调好后，在观察伸长量读数时，就不能再碰触，否则，所测数据无效，必须重新

6、开始读数。3、待测金属丝一定要保持铅直，加减砝码时，应轻拿轻放，避免金属丝较大幅度摆动，影响读数。加减砝码,缺口朝向不同方向;加减砝码必须朝着一个方向,不得中途改变方向.如何从望远镜里找到刻度尺的像（读数）从望远镜、支架的狭缝里找到尺子在平面镜里的像。使望远镜的凹槽、瞄准器、钢丝对齐，三点成一线。从望远镜里找到平面镜的像，再稍稍微调物镜（调焦手轮）【数据处理】逐差法处理数据：将增减砝码两组相应读数的平均值、、...、、分为两组：一组为、、、、另一组为、、、，取相应次为、、、、由此可知，相应次的差相同，均为4，那么、、、均为增加4个砝码时，读数的差值，

7、求其平均值：这时，是增加4个砝码时，即的读数的平均差值。这种处理数据的方法，称为逐差法。将所有的测量数据代入(6)式可计算出E，并根据要求进行误差计算，写出杨氏弹性模量测量结果的标准表达式。砝码1Kg2Kg3Kg4Kg5Kg6Kg7Kg8Kg读数n0n1n2n3n4n5n6n7读数n’0n’1n’2n’3n’4n’5n’6n’7平面镜到标尺D钢丝原长L