金属丝杨氏模量的测定.ppt

*,*,单击此处编辑母版标题样式,大学物理实验中心,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,金属丝杨氏模量的测定,制作人：刘钦朋,1,大学物理实验中心,实验背景介绍,杨氏模量是描述材料抗弹性形变能力的一个重要参量，在工程技术中又称为“刚度”，无论是对机械设计还是进行材料研究与应用都是非常重要的。,本实验采用拉伸法测定金属丝的杨氏模量。,2,大学物理实验中心,一、,实验目的,二、实验原理,三、实验仪器,四、实验内容及步骤,五、数据记录及数据处理,六、分析与思考,3,大学物理实验中心,实 验 目 的,1.掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理；,2.学习用给定的仪器测量金属丝的杨氏模量；,3.掌握用逐差法处理数据的方法。,4,大学物理实验中心,实 验 原 理,1.,拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量,一根均匀的金属丝（或棒）原长为,L,，截面积为,S,，在受到长度 方向的外力,F,的作用时发生形变，伸长,L,。根据胡克定律，在弹性限度内，其应力与应变成正比，即,式中,E,称为材料的弹性模量也称为杨氏模量,设金属丝的直径为,d,则由,(1),式的杨氏摸量,:,由公式,(2),知 比较容易测得 而 是一个微小的长度变化量由此可见,如何提高,L,测量的准确度是本实验的关键,所以,我们提出采用光杠杆放大法来测量。,（,1,）,（,2,）,5,大学物理实验中心,2.,光杠杆放大原理,：,光杠杆装置包括光杠杆反射镜、望远镜和标尺，如下图,1,所示。适当调节装置后，从望远镜中可读出标尺的读数。放大实现的过程如下：,砝码作用下 金属丝伸长 与金属丝相连的圆柱体下降,反射镜旋转一个角度,入射光线与反射光线的夹角变为,2,标尺上的读数变化量,(),。从而,即将很难测量的 ，放大,为易于测量的标尺度数差 。,图,-1,杨氏模量测量系统,图,-2,光杠杆反射镜,6,大学物理实验中心,设起始状态标尺上的测量读数为 ，当待测钢丝受力作用而伸长时，光杠杆后脚随之下降，杠杆架和镜面偏转 角,，,反射光线转过 ，此时标尺读数为,n,i,。,图,-3,光杠杆放大原理图,7,大学物理实验中心,因为 很小，且 也很小，故有,（,3,）,（,4,）,（,5,）,（,6,）,其中,2D/b,称为放大倍数。,8,大学物理实验中心,实 验 仪 器,杨氏弹性模量测定仪一套包括：（,1,）光杠杆反射镜；（,2,）望远镜及标尺,;,（,3,）砝码；（,4,）千分尺；（,5,）游标卡尺；（,6,）钢卷尺。,图,-4,杨氏模量测量装置,图,-5,标尺及望远镜,9,大学物理实验中心,实验内容及步骤,1.,仪器调节,;,调整弹性模量测定仪底脚螺钉，使固定钢丝的小圆柱位于平台圆孔中间并且处于自由状态（即不与孔壁摩擦）。,2,.,调节光杠杆和望远镜,。调整的目的是从望远镜中能够看清标尺刻度。（,1,）粗调,:,找标尺像,;,（,2,）细调,:,找平面镜的像并调到中间,旋转望远镜目镜找分划板刻线，然后调节望远镜调焦手轮，并伴随着微调平面镜的位置和角度。以便得到最清晰的标尺的像。,3.,测量,:,(1,）测量前预加一个砝码,为什么,?,(,2,）加挂砝码，待砝码静止后，记下相应的标尺读数,;,依次减少砝,记,下相应的标尺读数,；,（,3,）取同一负荷下标尺读数的平均值，再用逐差法求出变化量,n,。,（,4,）测量钢丝直径,d,，,上、中、下各测量三次求平均值，,为什么？,（,5,）测量标尺平面到光杠杆小镜镜面的距离,D,。,（,6,）测量钢丝的长度,L,（注意测量部位）。,（,7,）测量主杠尖脚至刀口间距离,b,，测,6,次取平均值。,10,大学物理实验中心,数据记录及数据处理,该实验采用逐差法处理数据,将各测量值 按前后对半分为两组，一组是 另一组 是由于每组有四个测量值，因此，每隔,4,项求差得：,前,半,组,后,半,组,n,m(kg),增,减,N,m(kg),增,减,1,5,2,6,3,7,4,8,11,大学物理实验中心,再分别求,:,(1),(2),(3),(4),(5),结果表示：,12,大学物理实验中心,注意事项,切勿用手触摸反射镜面和望远镜镜头。,不要打碎反射镜。,避免用力旋转望远镜调焦旋钮。,加减砝码应平稳防止产生冲击力。,13,大学物理实验中心,分 析 与 思 考,(1),分析产生误差的主要原因，实验中哪个 量的测量误差对结果的影响大？如何进一步改进？,(2),该数据处理能否采用作图法,?,若能,如何处 理？,14,大学物理实验中心,结束,15,大学物理实验中心,