楊氏模量實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上南昌大學物理實驗報告 課程名稱： 大學物理實驗 實驗名稱： 金屬絲楊氏模量的測定 學院： 食品學院 專業(yè)班級：食品科學與工程152班 學生姓名： 彭超 學號： 實驗地點：基礎實驗大樓B106 座位號： 實驗時間： 第四周星期二下午十六點開始 1、 實驗目的：1.學會測量楊氏模量的一種方法，掌握“光杠桿鏡”測量微小長度變化的原理 2.學會用“對稱測量”消除系統(tǒng)誤差 3.學習如何依實際情況對各個測量進行誤差估算 4.練習用逐差法、作圖法處理數(shù)據(jù)二、實驗原理：在外力作用下，固體材料所發(fā)生的形狀變化稱之為形變。形變分為彈性形變和范性形變。如果加在物體上的外力停止作用后，物體能

2、完全恢復原狀的形變稱之為彈性形變；如果加在物體上的外力停止作用后，物體不能完全恢復原狀的形變稱之為范性形變。     在許多種不同的形變中，伸長（或縮短）形變是最簡單、最普遍的形變之一。本實驗是針對連續(xù)、均勻、各向同性的材料做成的絲，進行拉伸試驗。設細絲的原長為L，橫截面積為S，兩端受拉力(或壓力)F后，物體伸長(或縮短)。而單位長度的伸長量稱為應變，單位橫截面積所承受的力稱為應力。根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，應力與應變成正比關系，即式中比例系數(shù)E稱為楊氏彈性模量，簡稱楊氏模量。實驗證明，楊氏模量與外力F、物體的長度L和截面積S的大小無關，而只

3、決定于物體的材料。楊氏模量是表征固體材料性質(zhì)的一個重要物理量，是選定機械構件材料的依據(jù)之一。 由上式得在國際單位制(SI)中，E的單位為實驗證明，楊氏模量與外力F、物體長度L和橫截面積S的大小無關，只取決于被測物的材料特性，它是表征固體性質(zhì)的一個物理量設金屬絲的直徑為d，則而是一個微小長度變化（在此實驗中 ，當L時，F(xiàn)每變化g相應的約為0.3）。因此，本實驗利用光杠桿的光學放大作用實現(xiàn)對鋼絲微小伸長量的間接測量。上圖是光杠桿鏡測微小長度變化量的原理圖。左側(cè)曲尺狀物為光杠桿鏡，M是反射鏡，b為光杠桿鏡短臂的桿長，D為光桿桿平面鏡到尺的距離，當加減砝碼時，b邊的另一端則隨被測鋼

4、絲的伸長、縮短而下降、上升，從而改變了M鏡法線的方向，使得鋼絲原長為時，從一個調(diào)節(jié)好的位于圖右側(cè)的望遠鏡看M鏡中標尺像的讀數(shù)為；而鋼絲受力伸長后，光杠桿鏡的位置變?yōu)樘摼€所示，此時從望遠鏡上看到的標尺像的讀數(shù)變?yōu)椤＿@樣，鋼絲的微小伸長量，對應光杠桿鏡的角度變化量，而對應的光杠桿鏡中標尺讀數(shù)變化則為。由光路可逆可以得知，A對光杠桿鏡的張角應為。從圖中用幾何方法可以得出：將兩式聯(lián)立后得式中，相當于光杠桿鏡的長臂端D的位移叫做光杠桿的放大倍數(shù)，由于，所以，從而獲得了對微小量的線性放大，提高了的測量精度這種測量方法被稱為放大法。由于該方法具有性能穩(wěn)定、精度高，而且是線性放大等優(yōu)點，所以在設計各類測試儀器

5、中有著廣泛的應用考慮到金屬絲受外力作用時存在著彈性滯后效應，也就是說鋼絲受到拉伸力作用時，并不能立即伸長到應有的長度，而只能伸長到。同樣,當鋼絲受到的拉伸力一旦減小時，也不能馬上縮短到應有的長度，僅縮短到。因此實驗時測出的并不是金屬絲應有的伸長或收縮的實際長度。為了消除彈性滯后效應引起的系統(tǒng)誤差，測量中應包括增加拉伸力以及對應地減少拉伸力這一對稱測量過程，實驗中可以采用增加和減少砝碼的辦法實現(xiàn)。只要在增、減相應重量時，金屬絲伸縮量取平均，就可以消除滯后量的影響。即 3、 實驗儀器：楊氏模量儀測量儀；螺旋測微器；游標尺；鋼卷尺和米尺；望遠鏡（附標尺）。（1） 調(diào)節(jié)測定儀支架螺絲，使支架

6、豎直，使夾頭剛好穿過平臺上的圓孔而不會與平臺發(fā)生摩擦（2） 將杠桿后尖腳置于夾頭上，兩尖腳置于平臺凹槽上（3） 調(diào)節(jié)光杠桿與望遠鏡、米尺中部在同一高度上（4） 調(diào)節(jié)望遠鏡的位置或光杠桿鏡面仰角，直至眼睛在望遠鏡目鏡附近能直接（不通過望遠鏡筒）從光杠桿鏡面中觀察到標尺中部的像（5） 細微調(diào)節(jié)望遠鏡方位和仰角調(diào)節(jié)螺絲，直至望遠鏡上缺口與準星連線粗略對準光杠桿鏡面（6） 調(diào)節(jié)望遠鏡目鏡調(diào)焦旋鈕，直至在望遠鏡中能看清叉絲。 （7） 調(diào)節(jié)望遠鏡的物鏡調(diào)焦旋鈕直至在望遠鏡中能看清整個鏡面。（如果只能看到部分鏡面，應調(diào)節(jié)望遠鏡仰角調(diào)節(jié)螺絲，直至看到整個鏡面）。 （8） 繼續(xù)調(diào)節(jié)望遠鏡的物

7、鏡調(diào)焦旋鈕，直至在望遠鏡中能看清標尺中部讀數(shù)。 （9） 如果只有部分標尺清楚，說明只有部分標尺聚焦，應調(diào)節(jié)望遠鏡仰角調(diào)節(jié)螺絲直至視野中標尺讀數(shù)完全清楚。四、實驗內(nèi)容和步驟：（1）用2kg砝碼掛在鋼絲下端鋼絲拉直，調(diào)節(jié)楊氏模量儀底盤下面的3個底腳螺絲，同時觀察放在平臺上的水準尺，直至中間平臺處于水平狀態(tài)為止。 （2）調(diào)節(jié)光杠桿鏡位置。將光桿鏡放在平臺上，兩前腳放在平臺橫槽內(nèi)，后腳放在固定鋼絲下端圓柱形套管上（注意一定要放在金屬套管的邊上，不能放在缺口的位置），并使光杠桿鏡鏡面基本垂直或稍有俯角，如圖6-1所示。 （3）望遠鏡調(diào)節(jié)。將望遠鏡置于距光桿鏡2m左右處，松開

8、望遠鏡固定螺釘，上下移動使得望遠鏡和光杠桿鏡的鏡面基本等高。從望遠鏡筒上方沿鏡筒軸線瞄準光杠桿鏡面，移動望遠鏡固定架位置，直至可以看到光杠桿鏡中標尺的像。然后再從目鏡觀察，先調(diào)節(jié)目鏡使十字叉絲清晰，最后緩緩旋轉(zhuǎn)調(diào)焦手輪，使物鏡在鏡筒內(nèi)伸縮，直至從望遠鏡里可以看到清晰的標尺刻度為止。 （4）觀測伸長變化。以鋼絲下掛2kg砝碼時的讀數(shù)作為開始拉伸的基數(shù)，然后每加上1kg砝碼，讀取一次數(shù)據(jù), 這樣依次可以得到n,n,n,n,n,n,n,n, 這是鋼絲拉伸過程中的讀數(shù)變化。緊接著再每次撤掉1kg砝碼，讀取一次數(shù)據(jù)，依次得到，這是鋼絲收縮過程中的讀數(shù)變化。 注意：

9、加、減砝碼時，應輕放輕拿，避免鋼絲產(chǎn)生較大幅度振動。加（或減）砝碼后，鋼絲會有一個伸縮的微振動，要等鋼絲漸趨平穩(wěn)后再讀數(shù)。 （5）測量光杠桿鏡前后腳距離b。把光杠桿鏡的三只腳在白紙上壓出凹痕，用尺畫出兩前腳的連線，再用游標卡尺量出后腳到該連線的垂直距離（用最小分度為1.0mm的小鋼尺測量行否？有效位數(shù)夠嗎？）。 （6）測量鋼絲直徑。用螺旋測微計在鋼絲的不同部位測35次，取其平均值。測量時每次都要注意記下數(shù)據(jù)，螺旋測微計的零位誤差。 （7）測量光杠桿鏡鏡面到望遠鏡附標尺的距離D。用鋼卷尺量出光杠桿鏡鏡面到望遠鏡附標尺的距離，作單次測量，并估計誤差（卷尺從空中直接拉直測量，在2m長的范圍內(nèi)因中間下垂引起的誤差。從鏡面到標尺，這兩頭各應從何算起？能對準嗎？如何估算上述誤差？）。 （8）用米尺測量鋼絲原長L0，測單次（測量的起訖點各在哪里？能用米尺直接比較測量嗎？若不能，如何估算誤差？你想到誤差界這個概念了嗎？）。 （9）實驗中的注意事項： 鋼絲的兩端一定要夾緊，一來減小系統(tǒng)誤差，二來避免砝碼加重后拉脫而砸壞實驗裝置。 在測讀伸長變化的整個過程中，不能碰動望遠鏡及其安放的桌子，否則重新開始測讀。 被