拉伸法测量金属丝杨氏模量 -----太原理工大学物理实验必备课件.ppt

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1、拉伸法测量金属丝的杨氏模量王宏伟太原理工大学物理实验中心1实验背景2实验目的3实验仪器4实验原理5实验内容与要求6注意事项实验背景描述固体材料抵抗形变的能力的物理量。与固体材料的几何尺寸无关，与外力大小无关，只决定于金属材料的性质国际单位：牛/米2（N/m2）。是表征固体材料性质的重要物理量，是选择固体材料的依据之一，是工程技术中常用的参数。杨氏弹性模量实验背景1、万能试验机法：在万能试验机上做拉伸或压缩试验，自动记录应力和应变的关系图线，计算出杨氏弹性模量。2、动态法：（横向驻波法、纵向驻波法）3、动态悬

2、挂法：将试样（圆棒或矩形棒）用两根线悬挂起来并激发它作横向振动。通过测量试样在不同温度下的固有频率，计算试样在不同温度下的杨氏弹性模量，是国家标准规定的一种测量方法。4、静态拉伸法（本实验采用此法）：适用于有较大形变的固体和常温下的测量。缺点：①因为载荷大，加载速度慢，含有驰豫过程。所以它不能很真实地反映出材料内部结构的变化；②对脆性材料不能用拉伸法测量；③不能测量材料在不同温度下的杨氏弹性模量。杨氏弹性模量测量的常用方法1.掌握用静态拉伸法测定金属丝杨氏模量的方法。2.学习使用光杠杆测微小长度变化的原理和

3、方法。学会使用望远镜。3.掌握本实验的仪器调节和实验数据的测量。4.学会使用逐差法处理数据。实验目的实验仪器杨氏模量仪光杠杆砝码米尺（或钢卷尺）螺旋测微计望远镜尺组实验原理形变:物体在外力作用下发生形状大小的变化。弹性形变:物理在外力作用下都要或多或少地发生形变。当形变不超过某一限度时，撤走外力之后，形变能随之消失。最简单的形变:是金属丝或棒受到沿纵向外力作用后所引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，

4、在弹性限度内，应变与应力成正比，即：比例系数E--杨氏弹性模量实验原理若钢丝的直径为d，则所以一、基本原理从上式分析可见，钢丝在外力作用下的微小伸长量成为测量的难点。实验原理光杠杆镜尺法是一种利用光学原理把微小长度的变化加以放大后，然后用普通工具（米尺）再进行测量的方法。2．光杠杆放大原理设初始时光杠杆的小平面镜M直立，其法线在水平位置，则标尺S上的标度线n0发出的光经平面镜反射进入望远镜后，在望远镜中能观察到n0的像。实验原理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θ角，反射线转过

5、2θ角，此时标尺读数为n，则有：由于θ很小,所以有消去θ，得式中，n-n0=ΔnΔL的测量转化成了Δn的测量实验原理综合前述，得本实验使钢丝伸长的力F是砝码作用在钢丝上的重力mg,因此,杨氏弹性模量的测量公式为三、杨氏模量公式D—光杠杆的镜面到标尺的距离L—金属丝的长度d---金属丝的直径b---后足到两前足连线的垂直距离---光标偏移量注意：式中,Δn与m有对应关系。如果m是1个砝码的质量,Δn应是荷重增(或减)1个砝码所引起的光标偏移量;如果Δn是荷重增(或减)4个砝码所引起的光标偏移量，m就应是4

6、个砝码的质量。实验内容和要求一.杨氏模量仪的调整(1)调节支架底座螺丝,使底座水平(观察底座上的水准仪)。(2)将光杠杆放在平台上，两前足放在平台前面的横槽内，后足放在活动金属丝夹具上，但不可与金属丝相碰．调整平台的上下位置，使光杠杆前后足位于同一水平面上。二、光杠杆及望远镜尺组的调节(1)外观对准：将望远镜尺放在离光杠杆镜面约为1.2～1.5m处，并使二者在同一高度。调整光杠杆镜面与平台面垂直。望远镜成水平，标尺与望远镜光轴垂直。实验内容与要求（2）镜外找像：打开激光器电源，使望远镜上方沿镜筒方向射出的

7、激光束照到光杠杆镜面，并反射到标尺的中部。（3）镜内找像：先调望远镜目镜，看清叉丝后，再慢慢调节物镜，直到看清标尺的像。（4）细调：观察到标尺像后，再仔细地调节目镜和物镜，使既能看清叉丝又能看清标尺像，且没有视差。三、仪器的选择与测量如：杨氏模量实验中要求。应如何选择仪器实验内容与要求采用等量增减测量法（1）记录望远镜中尺像的初读数及每增重1kg后的读数。（2）依次减少砝码（如每次1kg），并记录每次相应的读数。（3）用逐差法计算望远镜中尺像读数的平均改变量。（4）用钢卷尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D和

8、金属丝的长度L并估计其不确定度。（5）用钢板尺测出光杠杆后足到两前足连线的垂直距离b，并估计其不确定度。（6）选择金属丝的不同位置，多次测量金属丝的直径d，求其平均值及不确定度。注意事项光杠杆和望远镜尺组一经调好，在实验中不得再移动，否则测量数据无效，应重新测量。加减砝码时动作要平稳,勿使砝码托摆动。否则将会导致光杠杆后足尖发生移动。并在每次增减砝码后，等金属丝完全不晃动时才能读数。金属丝不直时，应先加几千克砝