海南大學(xué)楊氏模量實(shí)驗(yàn)教案課件

海南大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)C課程教案適用專業(yè)：2013級(jí)適用時(shí)間：2014年3月——2014年6月實(shí)驗(yàn)題目拉伸法楊氏模量的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用光杠桿法測(cè)量微小伸長(zhǎng)量的原理和方法，并用以測(cè)定鋼絲的楊氏模量；2、學(xué)會(huì)用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；二、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)原理在外力作用下，固體所發(fā)生的形狀變化稱為形變.撤除外力后，物體能完全恢復(fù)原狀的形變，稱為彈性形變.設(shè)一根粗細(xì)均勻的鋼絲長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S，沿長(zhǎng)度方向受一外力F作用后，鋼絲伸長(zhǎng)了ΔL.F/S是鋼絲單位橫截面積上所受的力，稱為應(yīng)力；ΔL/L是鋼絲的相對(duì)伸長(zhǎng)量，稱為應(yīng)變.根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，固體的應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即實(shí)驗(yàn)證明，楊氏模量E與外力F、物體的長(zhǎng)度L和橫截面積S的大小無關(guān)，只與固體材料的性質(zhì)有關(guān)。LS若鋼絲的直徑為d，則，所以

(2)在SI制中，E的單位為。光杠桿測(cè)量原理圖設(shè)起始狀態(tài)標(biāo)尺上的測(cè)量讀數(shù)為n1，當(dāng)待測(cè)鋼絲受力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，光杠桿后腳隨之下降，杠桿架和鏡面偏轉(zhuǎn)θ角，反射線轉(zhuǎn)過2θ角，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為n2，則有由于θ很小,所以有

消去θ,得

(3)式中,n-n0=Δn。

將式(3)代入式(2)中，得

本實(shí)驗(yàn)使鋼絲伸長(zhǎng)的力F是砝碼作用在鋼絲上的重力mg,因此,楊氏彈性模量的測(cè)量公式為

(4)

(5)

注意:式中,Δn與m有對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果m是1個(gè)砝碼的質(zhì)量,Δn應(yīng)是荷重增(或減)1個(gè)砝碼所引起的光標(biāo)偏移量;如果Δn是荷重增(或減)4個(gè)砝碼所引起的光標(biāo)偏移量,m就應(yīng)是4個(gè)砝碼的質(zhì)量。四、實(shí)驗(yàn)儀器介紹光杠桿常數(shù)b望遠(yuǎn)鏡物鏡標(biāo)尺底座調(diào)焦守輪目鏡五、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)節(jié)儀器：調(diào)節(jié)光杠桿和望遠(yuǎn)鏡：1）楊氏彈性模量測(cè)定儀底座調(diào)節(jié)水平；2）平面鏡鏡面放置與測(cè)定儀平面垂直；3）將望遠(yuǎn)鏡放置在平面鏡正前方1.0-1.5m左右位置上；4）粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡：將鏡面中心、標(biāo)尺零點(diǎn)、望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)等高，望遠(yuǎn)鏡上的缺口、準(zhǔn)星對(duì)準(zhǔn)平面鏡中心，并能在望遠(yuǎn)鏡外看到尺子的像；。5）旋動(dòng)望遠(yuǎn)鏡目鏡,使十字叉絲清晰;再旋動(dòng)聚焦手輪,直到看清豎直尺的像。6）調(diào)節(jié)叉絲在標(biāo)尺以內(nèi)，并使得視差不超過半格。0標(biāo)尺像分劃板1）計(jì)下無掛物時(shí)刻度尺的讀數(shù)；2）依次掛上1kg的砝碼，七次，計(jì)下n+0，n+1，n+2，n+3，n+4，n+5，n+6，n+7；3）依次取下1kg的砝碼，七次，計(jì)下n7，n-6，n-5，n-4，n-3，n-2，n-1，n0；2、記錄金屬絲伸長(zhǎng)變化次數(shù)F(g)m+(mm)n-(mm)n平均0012502250x23250x34250x45250x56250x67250x7平均43211）用鋼卷尺測(cè)鋼絲原長(zhǎng)L。L3、測(cè)量金屬絲長(zhǎng)度L、平面鏡與豎尺之間的距離B，光杠桿常數(shù)b，金屬絲直徑d。2）用螺旋測(cè)微器測(cè)鋼絲直徑d，在鋼絲上、中、下三個(gè)部位兩個(gè)正交方向共測(cè)6次。3）用鋼卷尺測(cè)標(biāo)尺到平面鏡（光杠桿兩前足所在的溝槽）的距離R。

B4）用游標(biāo)尺測(cè)光杠桿常數(shù)b。bBCA光杠桿常數(shù)b3)在鋼絲上選不同部位用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量d3、測(cè)量金屬絲長(zhǎng)度L、平面鏡與豎尺之間的距離B，光杠桿常數(shù)b，金屬絲直徑d。1)用鋼卷尺測(cè)量L和D2)取下光杠桿在展開的白紙上同時(shí)按下三個(gè)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(biāo)卡尺測(cè)出b實(shí)驗(yàn)裝置常數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)

12345平均B/mm

L/mm

b/mm

d/mm

六數(shù)據(jù)表格及處理1、計(jì)算楊氏模量E：2、計(jì)算△E：測(cè)量結(jié)果的相對(duì)不確定度擴(kuò)展不確定度，k=2七、注意事項(xiàng)1．在望遠(yuǎn)鏡調(diào)整中，必須注意視差的消除，否則會(huì)影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性。2．實(shí)驗(yàn)過程中不得碰撞儀器，更不能移動(dòng)光杠桿和望遠(yuǎn)鏡直尺組和的位置。加掛砝碼必須輕拿輕放，待系統(tǒng)穩(wěn)定后才可讀數(shù)，否則必須重做。加減砝碼時(shí)，動(dòng)作要輕，防止因增減砝碼時(shí)使平面反射鏡后尖腳處產(chǎn)生微小振動(dòng)而造成讀數(shù)起伏較大。3．待測(cè)鋼絲不得彎曲，若加掛初始砝碼仍不能將其拉直或嚴(yán)重銹蝕的鋼絲必須更換。4．注意加減砝碼時(shí)勿使砝碼托擺動(dòng)，并將砝碼缺口交叉放置，以免倒落。5．測(cè)量過程中應(yīng)隨時(shí)注意檢查與判斷所測(cè)數(shù)據(jù)的合理性，即在增加或減少砝碼過程中，當(dāng)金屬絲荷重相等時(shí)讀數(shù)應(yīng)基本相同，若相差很大，必須先找原因，再重做實(shí)驗(yàn)。6．測(cè)量鋼絲長(zhǎng)度，應(yīng)注意兩端點(diǎn)的位置，上端起于夾鋼絲的兩個(gè)半圓柱的下表面，下端止于管制器的下表面。間接測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的傳遞附錄1：不確定度的計(jì)算方法一.

二.附錄2：Exel數(shù)據(jù)處理過程1.打開楊氏模量數(shù)據(jù)處理exel文檔2.在對(duì)應(yīng)綠色區(qū)域錄入每個(gè)砝碼質(zhì)量和每加一次砝碼減一次砝碼對(duì)應(yīng)讀數(shù)3.在對(duì)應(yīng)淺藍(lán)區(qū)域錄入金屬絲長(zhǎng)度L、平面鏡與豎尺之間的距離B，光杠桿常數(shù)b