大学物理实验杨氏模量.pptx

目的 原理 仪器步骤 报告要求实验目的实验目的v掌握用伸长法测量金属丝杨氏模量的方法掌握用伸长法测量金属丝杨氏模量的方法v理解光杠杆测量长度微小变化的原理理解光杠杆测量长度微小变化的原理v学会用逐差法处理数据学会用逐差法处理数据v进行测量结果的不确定度分析进行测量结果的不确定度分析杨氏模量是杨氏模量是描述材料抵抗形变能力的物理量，该值越描述材料抵抗形变能力的物理量，该值越大，材料越不容易变形，是工程设计的重要参数。大，材料越不容易变形，是工程设计的重要参数。第1页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求实验原理实验原理胡克定律：物体在弹性形变阶段，其应力和应变成胡克定律：物体在弹性形变阶段，其应力和应变成正比关系，比例系数称为弹性模量。正比关系，比例系数称为弹性模量。纵向应力和纵向应变的比为纵向应力和纵向应变的比为杨式模量杨式模量1 1、杨式模量：、杨式模量：第2页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求实验目的实验目的第3页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求2 2、钢丝杨式模量的测量方法：、钢丝杨式模量的测量方法：实验原理实验原理L:L:是一个微小长度变化量，本实验利用是一个微小长度变化量，本实验利用光杠杆光杠杆的光学放大的光学放大作用实现对金属丝微小伸长量作用实现对金属丝微小伸长量 L L 的间接测量。的间接测量。d d：为细铁丝的为细铁丝的直径直径，可用螺旋测微仪测量，可用螺旋测微仪测量F:F:可由实验中钢丝下面悬挂的砝码可由实验中钢丝下面悬挂的砝码的重力给出的重力给出L L：可由米尺测量可由米尺测量思考思考:为什么为什么d 要用要用 螺旋测微仪量螺旋测微仪量,L 由米尺测量由米尺测量?第4页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求实验原理实验原理光杠杆常数光杠杆常数 b b光杠杆的光学放大原理光杠杆的光学放大原理第5页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求光杠杆的光学放大原理光杠杆的光学放大原理实验原理实验原理DbL 叫光杠杆放大率叫光杠杆放大率将微小的伸长量L 放大为竖尺上的位移l第6页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求思考思考:为什么为什么d 要用要用 螺旋测微仪量螺旋测微仪量,L 由米尺测量由米尺测量?在传播公式中，影响比较显著在传播公式中，影响比较显著,所以选择精度所以选择精度高的仪器高的仪器实验原理实验原理关于仪器选择关于仪器选择:砝码砝码卷尺卷尺卷尺卷尺 千分尺千分尺 卡尺卡尺 米尺米尺测量范围测量范围相对不却定度相对不却定度第7页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求尺读望远镜组：尺读望远镜组：测量时，望远镜水平测量时，望远镜水平地对准光杠杆镜架上地对准光杠杆镜架上的平面反射镜，经光的平面反射镜，经光杠杆平面镜反射的标杠杆平面镜反射的标尺虚象又成实象于分尺虚象又成实象于分划板上，从两条视距划板上，从两条视距线上可读出标尺像上线上可读出标尺像上的读数。的读数。实验原理实验原理望远镜物镜望远镜物镜标尺标尺底座底座调焦手轮调焦手轮目镜目镜第8页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求实验仪器实验仪器杨氏模量测定仪杨氏模量测定仪螺旋测微计螺旋测微计(仪器误差：仪器误差：）游标卡尺游标卡尺(仪器误差：仪器误差：）米尺米尺(仪器误差：仪器误差：）砝码砝码(仪器误差：仪器误差：）标尺标尺(仪器误差：仪器误差：）待测金属丝待测金属丝第9页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求实验步骤实验步骤1 1、调节仪器：、调节仪器：调节光杠杆和望远镜：调节光杠杆和望远镜：（1 1）调整望远镜水平）调整望远镜水平,光杠杆平面镜竖直光杠杆平面镜竖直（2 2）调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同）调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同（3 3）沿望远镜外侧边沿上方使凹口、瞄准星面镜在）沿望远镜外侧边沿上方使凹口、瞄准星面镜在同一直线上，左、右移动望远镜在镜子里找到竖直尺同一直线上，左、右移动望远镜在镜子里找到竖直尺的像的像;若找不到若找不到,可微调镜子的角度可微调镜子的角度,直到找到为止。直到找到为止。（4 4）旋动望远镜目镜）旋动望远镜目镜,使十字叉丝清晰使十字叉丝清晰;再旋再旋 动聚焦手轮动聚焦手轮,直到看清竖直尺的像。直到看清竖直尺的像。第10页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求逐次加一个砝码，在望远镜中读对应标尺的位置，共逐次加一个砝码，在望远镜中读对应标尺的位置，共7 7次；然后将所加砝码逐次去掉，并读取相应读数。次；然后将所加砝码逐次去掉，并读取相应读数。2 2、记录金属丝伸长变化、记录金属丝伸长变化实验步骤实验步骤加砝码加砝码减砝码减砝码平均值平均值1 12 23 34 4平均平均用差逐法计算每增减用差逐法计算每增减4 4个砝码，钢丝的伸长量个砝码，钢丝的伸长量第11页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求(2)(2)在钢丝上选不同部位用螺旋测微计测量在钢丝上选不同部位用螺旋测微计测量d d（测（测5 5次）次）3 3、测量金属丝长度、测量金属丝长度L L、平面镜与竖尺之间的距离、平面镜与竖尺之间的距离DD，金属丝直径，金属丝直径d d，光杠杆常数，光杠杆常数b b。(1)(1)用钢卷尺测量用钢卷尺测量L L 和和D D（L L、D D测一次）测一次）(3)(3)取下光杠杆在展开的白纸上同时按下三个尖脚取下光杠杆在展开的白纸上同时按下三个尖脚的位置，用直尺作出光杠杆后脚尖到前两尖脚连的位置，用直尺作出光杠杆后脚尖到前两尖脚连线的垂线，用游标卡尺测出线的垂线，用游标卡尺测出b b实验步骤实验步骤第12页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求1 1、实验系统调好后，一旦开始测量、实验系统调好后，一旦开始测量r ri i，在实验过，在实验过程中不能对系统的任何一部分进行调整，否则，程中不能对系统的任何一部分进行调整，否则，所有数据将重新再测。所有数据将重新再测。2 2、加减砝码时要轻拿轻放，系统稳定后才能读、加减砝码时要轻拿轻放，系统稳定后才能读取刻度尺，读数过程中不要按压桌面。取刻度尺，读数过程中不要按压桌面。3 3、光杠杆后脚尖不能接触钢丝。、光杠杆后脚尖不能接触钢丝。注意：注意：实验步骤实验步骤4 4、注意维护钢丝的平直状态、注意维护钢丝的平直状态,在钢丝两端夹点外测量在钢丝两端夹点外测量直径直径,避免伸长部分扭折。避免伸长部分扭折。第13页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求例：测量金属丝直径 5次测量值分别为，螺旋仪器仪器误差 为 0.004mm次数12345平均值0.4880.4900.4890.4920.4900.4900.0020.0000.0010.0020.000第14页/共15页目的 原理 仪器步骤 报告要求2、计算、计算E：测量结果的相对不确定度测量结果的相对不确定度3 3、规范表示测量结果、规范表示测量结果4 4、回答问题、回答问题(思考题思考题)第15页/共15页