大學物理實驗《楊氏模量的測量》

楊氏模量的測量,大學物理實驗,內(nèi) 容,實驗?zāi)康?掌握用伸長法測量金屬絲楊氏模量的方法理解光杠桿測量長度微小變化的原理學會用逐差法處理數(shù)據(jù)進行測量結(jié)果的不確定度分析,實驗儀器,楊氏模量測定儀螺旋測微計游標卡尺米尺砝碼待測金屬絲,實驗原理,1、楊氏模量的物理意義：描述材料抵抗形變能力的物理量，該值越大，材料越不容易變形。,式中S 為金屬絲橫截面積：,L為金屬絲的長度, L為其受拉力F后的伸長量,楊式模量定義為：,實驗原理,金屬絲橫截面積S ：,楊式模量定義為：,式中金屬絲原長L可由米尺測量， 鋼絲直徑d可用螺旋測微儀測量，外力F可由實驗中鋼絲下面懸掛的砝碼的重力給出，而L是一個微小長度變化量，本實驗利用光杠桿的光學放大作用實現(xiàn)對金屬絲微小伸長量L 的間接測量。,d為細鐵絲的直徑,實驗原理,2、光杠桿測量長度的微小變化：,楊氏模量測定儀：核心部件是光杠桿系統(tǒng)（由光杠桿鏡架與望遠鏡組成）。,1-金屬絲 2-光杠桿 3-平臺 4-掛鉤 5-砝碼 6-三角底座 7-標尺 8-望遠鏡,楊氏模量儀示意圖,光杠桿常數(shù) b,光杠桿原理,光杠桿放大原理圖,光杠桿放大原理圖,光杠桿放大原理圖, 叫光杠桿放大率,光杠桿的作用在于將微小的伸長量L放大為豎尺上的位移l。,l 叫L 的光杠桿放大量,尺讀望遠鏡組：,測量時，望遠鏡水平地對準光杠桿鏡架上的平面反射鏡，經(jīng)光杠桿平面鏡反射的標尺虛象又成實象于分劃板上，從兩條視距線上可讀出標尺像上的讀數(shù)。,實驗內(nèi)容和步驟,1、調(diào)節(jié)儀器：,調(diào)節(jié)光杠桿和望遠鏡：,（1）調(diào)整望遠鏡水平,光杠桿平面鏡豎直,（2）調(diào)整望遠鏡與光杠桿平面鏡高度相同,（3）沿望遠鏡外側(cè)邊沿上方使凹口、瞄準星、 平面鏡在同一直線上，左、右移動望遠鏡 在鏡子里找到豎直尺的像;若找不到,可 微調(diào)鏡子的角度,直到找到為止。,（4）旋動望遠鏡目鏡,使十字叉絲清晰;再旋 動聚焦手輪,直到看清豎直尺的像。,逐次加360g砝碼，在望遠鏡中讀計對應(yīng)標尺的位置，共7次；然后將所加砝碼逐次去掉（每次減360g），并讀取相應(yīng)讀數(shù)。,2、觀察金屬絲伸長變化,實驗內(nèi)容和步驟,(2)在鋼絲上選不同部位用螺旋測微計測量d,3、測量金屬絲長度L、平面鏡與豎尺之間的距離D，金屬絲直徑d，光杠桿常數(shù)b。,實驗內(nèi)容和步驟,(1)用鋼卷尺測量L和D,(3)取下光杠桿在展開的白紙上同時按下三個尖腳的位置，用直尺作出光杠桿后腳尖到前兩尖腳連線的垂線，用游標卡尺測出b,注意事項,1、實驗系統(tǒng)調(diào)好后，一旦開始測量ri，在實驗過程中不能對系統(tǒng)的任何一部分進行調(diào)整，否則，所有數(shù)據(jù)將重新再測。,2、加減砝碼時要輕拿輕放，系統(tǒng)穩(wěn)定后才能讀取刻度尺，讀數(shù)過程中不要按壓桌面。,3、光杠桿后腳尖不能接觸鋼絲。,數(shù)據(jù)記錄和處理,1、金屬絲原長L = (cm) 光杠桿與望遠鏡鏡尺距離D = (cm) 光杠桿常數(shù)b = (cm),2、金屬絲直徑d測量數(shù)據(jù)（表5-5）,3、加減砝碼后金屬絲長度變化測量（表5-6）,4、用逐差法處理數(shù)據(jù)（表5-7）,逐差法,為增加4個砝碼鐵絲拉伸量L的光杠桿放大量,其中,不確定度,一