楊氏模量的測量

楊氏模量的測量一、教學(xué)內(nèi)容楊氏模量的測量二、教學(xué)目標(biāo)1．掌握用光杠桿測量微小長度變化量的原理。2．掌握望遠(yuǎn)鏡直尺組的調(diào)節(jié)方法。3．測定金屬絲的楊氏模量。4．學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)。5．鞏固用不確定度表示測量結(jié)果的方法。三、教學(xué)重、難點(diǎn)1．“逐差法處理數(shù)據(jù)”是重點(diǎn)。2．“光杠桿測量微小長度變化量的原理”是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。3．“望遠(yuǎn)鏡直尺組的調(diào)節(jié)”是難點(diǎn)。四、教學(xué)時數(shù)3課時五、實(shí)驗(yàn)類型綜合型實(shí)驗(yàn)六、教學(xué)過程1．引言2．主要教學(xué)過程（1）點(diǎn)名，填寫實(shí)驗(yàn)平時成績記錄表。（5min）（2）審查學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告并簽字，學(xué)生針對實(shí)驗(yàn)儀器預(yù)習(xí)。（10min）（3）介紹實(shí)驗(yàn)儀器（5min）。（4）按照實(shí)驗(yàn)步驟以提問互動的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（30min）問題一：如何調(diào)節(jié)楊氏模量實(shí)驗(yàn)儀？答：調(diào)節(jié)楊氏模量實(shí)驗(yàn)儀的底角螺絲，使立柱鉛直（平臺水平）。檢查螺絲夾能否在平臺圓孔內(nèi)上下自由移動。在鋼絲下端托盤上加掛初始砝碼，拉直鋼絲。問題二：如何放置光杠桿？答：調(diào)節(jié)光杠桿后足固定螺絲，使前后足之間的距離適當(dāng)，后足豎直向下。將光杠桿前足放在平臺的凹巢里，后足輕輕搭在平臺的螺絲夾上，后足桿和鋼絲應(yīng)在一個平面內(nèi)。調(diào)節(jié)光杠桿平面鏡傾角，使之在豎直平面內(nèi)并固定。問題三：如何進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡直尺組的粗調(diào)？答：將望遠(yuǎn)鏡直尺組放在離光杠桿平面鏡前1.5～2.0m處，使望遠(yuǎn)鏡和光杠桿處于同一高度（等高）。將望遠(yuǎn)鏡水平放置，望遠(yuǎn)鏡軸心線和刻度尺平面豎直。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的左右位置和在平面內(nèi)的方位，使沿望遠(yuǎn)鏡鏡筒方向觀察光杠桿平面鏡面，能夠看到刻度尺的像（同軸）。問題四：如何進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡直尺組的細(xì)調(diào)？答：微調(diào)望遠(yuǎn)鏡的方位，使刻度尺的像位于視場中央。然后調(diào)節(jié)目鏡，使十字叉絲清晰。再調(diào)物鏡，使望遠(yuǎn)鏡視場中十字叉絲和刻度尺的像均很清晰。問題五：怎樣消除視差？答：調(diào)節(jié)光杠桿平面鏡鏡面傾角，使十字叉絲對準(zhǔn)刻度尺上與望遠(yuǎn)鏡同一高度的位置；微調(diào)物鏡，消除視差（上下稍許移動眼睛，刻度線與十字叉絲橫線之間不出現(xiàn)相對移動就是無視差）。問題六：如何進(jìn)行測量？答：儀器調(diào)整完畢，記錄加掛初始砝碼時望遠(yuǎn)鏡中十字叉絲對準(zhǔn)刻度尺上某一刻度的像a0。逐次增加1.0kg砝碼，分別記錄各次十字叉絲對準(zhǔn)刻度尺上某刻度的像a1，a2，…，a5，砝碼加到5.0kg時，在逐次減少1.0kg砝碼，分別記錄各次十字叉絲對準(zhǔn)刻度尺上某刻度的像a4′，a3′，…，a0′。由逐差法求出。問題七：的物理意義是什么？答：根據(jù)逐差法計算出來的表示凈增3kg砝碼從望遠(yuǎn)鏡目鏡中觀察到的十字叉絲在刻度尺的像上移動的距離。問題八：還需要測量哪些物理量？答：用鋼卷尺測量鋼絲的長度l（上下螺絲夾之間的距離），測量5次。用鋼卷尺測量光杠桿平面鏡到刻度尺之間的垂直距離D，測量5次。用螺旋測微器測量鋼絲直徑d，選不同位置測量5次。取下光杠桿，將其放在一張平整的白紙（實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告）上用力壓，用米尺測量光杠桿后足尖到前兩足尖連線之間垂直距離b，測量5次。（5）學(xué)生實(shí)驗(yàn)，實(shí)時指導(dǎo)。（70min）（6）審核學(xué)生測量記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄等），在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告上簽字。（15min）（8）實(shí)驗(yàn)完畢，學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)儀器、打掃實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生。七、板書設(shè)計三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格示范：1．測量a次數(shù)a/cma′/cm1234562．測量l、D、d、b次數(shù)l/cmD/cmd/cmb/cm12345一、實(shí)驗(yàn)要求1．掌握用光杠桿測量微小長度變化量的原理。2．掌握望遠(yuǎn)鏡直尺組的調(diào)節(jié)方法。3．測定金屬絲的楊氏模量。4．學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)。5．鞏固用不確定度表示測量結(jié)果的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．儀器調(diào)節(jié)（1）調(diào)節(jié)楊氏摸量測量儀（2）調(diào)節(jié)光杠桿、望遠(yuǎn)鏡直尺組2．測量（1）測量a、記錄12個點(diǎn)。（2）測量l、D、d、b，分別測量五次。實(shí)驗(yàn)二楊氏模量的測量附錄：『知識回顧』胡克（R.Hooke1635-1702）于1678年從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出，對于有拉伸壓縮形變的彈性體，當(dāng)應(yīng)變較小時，應(yīng)變與應(yīng)力成正比，即稱為胡克定律。因，，故胡克定律又可表示為圖11-1式中比例系數(shù)E稱為楊氏模量。由于為純數(shù)，故楊氏模量和應(yīng)力有相同的單位：稱為“帕斯卡”，可簡稱為“帕”，國際符號為“Pa”。楊氏模量是表征材料本身彈性的物理量，由胡克定律可知，應(yīng)力大而應(yīng)變小，楊氏模量較大；反之，楊氏模量較小。楊氏模量反映材料對于拉伸或壓縮變形的抵抗能力。對于一定的材料來說，拉伸和壓縮的楊氏模量不同，但通常二者相差不多。僅當(dāng)形變很小時，應(yīng)力應(yīng)變才服從胡克定律。若應(yīng)力超過某一限度，到達(dá)一點(diǎn)時，撤消外力后，應(yīng)力回到零，但有剩余應(yīng)變ep，稱為塑性應(yīng)變。塑性力學(xué)便是專門研究這類現(xiàn)象惡毒。當(dāng)外力進(jìn)一步增大到某一點(diǎn)時，會突然發(fā)生很大的形變，該點(diǎn)被稱為屈服點(diǎn)。在達(dá)到屈服點(diǎn)后不久，材料可能發(fā)生斷裂，在斷裂點(diǎn)被拉斷?！簩?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．學(xué)會用拉伸法測量金屬絲的楊氏模量。2．掌握用光杠桿裝置測量微小長度變化量的原理。3．學(xué)會用逐差法處理數(shù)據(jù)。圖11-21．平面鏡2．后足3．前足『實(shí)驗(yàn)儀器』楊氏模量測量儀、光杠桿、望遠(yuǎn)鏡直尺組、螺旋測微器、米尺、鋼卷尺、砝碼等。楊氏模量測量儀如圖11-1所示。A、B為鋼絲兩端的螺絲夾，在B的下端掛有砝碼的托盤，調(diào)節(jié)儀器底部的螺絲J可以使平臺水平，且使B剛好懸于平臺的圓孔中間。在平臺上放有光杠桿G，光杠桿前兩足放在平臺的槽內(nèi)，后足尖放在螺絲夾B上。當(dāng)鋼絲伸長時，可通過望遠(yuǎn)鏡直尺組測量光杠桿的偏轉(zhuǎn)角，從而求出鋼絲的微小伸長量。圖11-31．刻度尺；2．望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪；3．望遠(yuǎn)鏡軸線調(diào)整螺釘；4．望遠(yuǎn)鏡緊固螺釘；5．缺口；6．準(zhǔn)星；7．刻度尺緊固螺釘光杠桿由平面反射鏡、前足、后足組成，如圖11-2所示。鏡面傾角及前、后足之間距離均可調(diào)。望遠(yuǎn)鏡直尺