杨氏模量测定1.ppt

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1、用拉伸法测量金属丝的杨氏模量大学物理实验背景介绍杨氏模量(Young‘smodulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量。1807年因英国医生兼物理学家托马斯杨(ThomasYoung,1773-1829)所得到的结果而命名。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理,杨氏模量的大小标志了材料的刚性。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义，还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。背景介绍测量杨氏模量的方法一

2、般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等，还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量杨氏模量。科学家介绍——托马斯.杨托马斯杨（ThomasYoung，1773～1829）英国物理学家、考古学家、医生，光的波动说的奠基人之一。1773年6月13日生于米尔弗顿，1829年5月10日在伦敦逝世。杨自幼天资过人，14岁就通晓拉丁、希腊、法、意、希伯莱、波斯、阿拉伯等多种语言，一生在物理、化学、生物、医学、天文、哲学、语言、考古等广泛的领域作了大量工作。1801年杨通过著名的杨氏双缝实验，首先引入干涉概念论证了波动说，又利用波动说

3、解释了牛顿环的成因和薄膜的彩色。他还第一个测量了7种颜色光的波长。本实验采用静态拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量，要求通过对金属丝杨氏模量的测量，掌握运用光杠杆法测量长度微小变化的方法；掌握根据测量精度的要求合理选择测量仪器的方法；并学习用逐差法处理数据。实验简介实验仪器杨氏模量测定仪螺旋测微器游标卡尺米尺砝码待测金属丝杨氏模量测定仪光杠杆装置：镜面、标尺、望远镜一起组成光杠杆装置，其作用是将微小的长度变化利用杠杆原理进行放大。A1A0实验原理根据胡克定律，在弹性限度内，应变与应力成正比，即称为杨氏弹性模量。实验原理这样就可把微小的长度改变量ΔL,用可观的变化量A1-A0表示，为

4、保证大的放大倍数，实验时应有较大的D（一般为1.5m左右）和较小的x（一般为80mm左右）。钢丝的截面积：返回（设金属丝直径为d）式中L为金属丝被拉伸部分的长度，d为金属丝的直径，D为平面镜到直尺间的距离，x为光杠杆后足至前两足的垂直距离，F为增加一个砝码的重量（mg），是增加一个砝码后由于金属丝伸长在望远镜中刻度的论题变化量。实验原理实验内容和步骤一、杨氏模量测定仪的调整1、杨氏弹性模量测定仪底座调节水平；底角螺丝调节支架底部的三个螺丝，使两支柱铅直，平台水平，使夹头在平台圆孔内能自由升降。2、由目测光杠杆平面镜与测定仪平面垂直；但不能与金属丝相碰。这一步很关键两个支点两个支

5、点“力”点实验内容和步骤两个支点3、外观对准——将望远镜放置在平面镜正前方1.5m左右位置上，调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同，水平地对准望远镜。实验内容和步骤实验内容和步骤4、镜外找像——缺口、准星、平面镜中标尺像．三者在一条水平线上。5、镜内找像——调节目镜焦距能清晰的看到叉丝，并先调节物镜焦距找到平面镜，然后继续调节物镜焦距并能看到尺子清晰的像。6、A0一般要求调节到零刻度。调平面镜的角。物镜准星目镜A1A2DA0XL二、测量1、计下无挂物时刻度尺的读数；2、依次挂上1kg砝码，七次，计下,,…;；3、依次取下1kg的砝码，七次，计下,,…；4、用米尺测量出金属丝的原长度

6、L（两卡口之间的金属丝）、镜面到直尺子的距离D；5、用游标卡尺测量出光杠杆x,用螺旋测微器测量出金属丝直径d。三、数据处理——逐差法1、实验测量时，多次测量的算术平均值最接近于真值。但是简单的求一下平均还是不能达到最好的效果，我们多采用逐差法来处理这些数据。2、逐差法采用隔项逐差实验内容和步骤注意事项1、调好实验装置记下初读数A0后，在实验过程中不可再移动实验装置，否则整个测量系统就被破坏，所测数据无效，实验应从头做起。2、增加砝码时，砝码的缺口槽要交错放置。3、加减法码时要轻拿轻放，并待稳定后再读数；读数时下压放置望远镜的桌面。3、注意保持钢丝的铅直状况，不能有弯曲；在增加砝

7、码时钢丝两固定端不应发生下滑伸长的现象，测量钢丝直径时应避免弯曲或损伤。数据处理－逐差法误差分析1、杨氏弹性模量的百分差在4.5%到—0.5%之间,该测量值在参考值区间内，误差一般。其误差产生的主要原因：根据杨氏弹性模量的误差传递公式可知，误差主要取决于金属丝的微小变化量和金属丝的直径，由于平台上的圆柱形卡头上下伸缩存在系统误差，用望远镜读取微小变化量时存在随机误差。2、测量金属丝直径时，由于存在椭圆形，故测出的直径存在系统误差和随机误差。3、实验测数据时，由于金属丝没有绝对静止，读数时存在