拉伸法测金属丝的杨氏模量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,普通物理实验,拉伸法测量金属丝的杨氏模量,返回,【,实验目的,】,1.,掌握用静态拉伸法测定金属丝杨氏模量 的方法。,2.,学习使用光杠杆测微小长度变化的原理和方法，学会使用望远镜。,3.,学会使用逐差法处理数据。,【,实验仪器,】,杨氏模量仪、光杠杆、砝码、米尺（或,钢卷尺）、螺旋测微计、游标卡尺、望,远镜尺组等。,图一,【,实验原理,】,物体在外力作用下发生形状大小的变化，,称为形变。它可分为弹性形变和塑性形变两,类。在本实验中，只研究弹性形变。最简单,的形变是金属丝或棒受到沿纵向外力作用后,所引起的长度的伸长或缩短，拉伸法就是研,究这种简单弹性形变的方法。,1,基本原理,设有一根长为,L,、粗细均匀的钢丝，截面积为,S,，在,外力,F,的作用下伸长,L,。根据胡克定律，在弹性限,度内，应变与应力成正比，即,(1),式中比例系数,E,叫做,杨氏弹性模量,。,若钢丝的直径为,d,，则 ，所以,(2),在,SI,制中，,E,的单位为,。,2光杠杆镜尺法测微小伸长量，测量原理如图所示。,光杠杆镜尺法是一种利用光学原理把微小长度的变化加以放大后，再进行测量的方法。,图,(,二,),设起始状态标尺上的测量读数为,n1，,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，反射线转过,2,角，此时标尺读数为,n2,，则有,由于,很小,所以有,消去,得,(3),式中,n,-,n,0=,n,。,将式,(3),代入式,(2),中，得,本实验使钢丝伸长的力,F,是砝码作用在钢丝上的重力,mg,因此,杨氏弹性模量的测量公式为,(4),(5),注意,:,式中,n,与,m,有对应关系。如果,m,是,1,个砝码的质量,n,应是荷重增,(,或减,)1,个砝码所引起的光标偏移量,;,如果,n,是荷重增,(,或减,)4,个砝码所引起的光标偏移量,m,就应是,4,个砝码的质量。,【,实验内容和要求,】,1.,杨氏模量仪的调整,(1),调节支架底座螺丝,使底座水平,(,观察底座上的水准仪,),2),将光杠杆放在平台上，两前足放在平台前面的横槽内，后足放在活动金属丝夹具上，但不可与金属丝相碰调整平台的上下位置，使光杠杆前后足位于同一水平面上。,2.,光杠杆及望远镜尺组的调节,(1),外观对准,将望远镜尺放在离光杠杆镜面约为,1.5,2.0 m,处，并使二者在同一高度。调整光杠杆镜面与平台面垂直。望远镜成水平，标尺与望远镜光轴垂直。,（,2,）镜外找像,从望远镜上方沿镜筒方向观察光杠杆镜面，应看到镜面中有标尺的像。若没有标尺的像，可左右移动望远镜尺组或微调光杠杆镜面的垂直程度，直到能观察到标尺像为止。只有这时来自标尺的入射光才能经平面镜反射到望远镜内。,（,3,）镜内找像,先调望远镜目镜，看清叉丝后，再慢慢调节物镜，直到看清标尺的像。,（,4,）细调,观察到标尺像后，再仔细地调节目镜和物镜，使既能看清叉丝又能看清标尺像，且没有视差。,3.,测量,采用等增量测量法,.,（,1,）记录望远镜中尺像的初读数及每增重,1kg,后的读数。,（,2,）依次减少砝码（如每次,1kg,），并记录每次,相应的读数,.,用逐差法计算望远镜中尺像读数的平,均改变量及其不确定度。,（,3,）用钢卷尺测量光杠杆镜面到标尺的距离,D,和金属丝的长度,L,。,（,4,）用钢板尺测出光杠杆后足到两前足连线的,垂直距离,b,。,（,5,）选择金属丝的不同位置，多次测量金属丝,的直径,d,，求其平均值。4.,计算金属丝的杨氏模量及其不确定度，表示出,测量结果。,【,注意事项,】,1,光杠杆和望远镜尺组一经调好，在实验中不得再移,动，否则测量数据无效，应重新测量。,2.,加减砝码时动作要平稳,勿使砝码托摆动。否则将会,导致光杠杆后足尖发生移动。并在每次增减砝码后，等金,属丝完全不晃动时才能读数。,3.,在测量过程中，不能碰动各仪器。增加砝码时应将,砝码缺口交叉放置。（为什么？）,4.,对测得的一组,n,值,如果,n,不按比例增减，应分,析原因后重新测量。,5.,用千分尺测,d,时，应先检查零点读数，并记录零点误,差。要求对不同位置处测6次。,次数,荷重,增重,读数,减重,读数,平均值,增,4KG,数变化,0,3kg,1,4kg,2,5kg,3,6kg,4,7kg,5,8kg,6,9kg,7,10kg,【,思考题,】,1.,在什么情况下可以用逐差法处理数据？逐,差法处理数据有哪些优点,?,2.,本实验若不用逐差法处理数据，如何用作,图法处理数据,?,3.,分析本实验测量中哪个量的测量对,E,的结果,影响最大？你对实验有何改进建议？,4.,用望远镜观察标尺的读数，不仅调节困,难，而且会造成眼睛疲劳，如何用一个市售的激光,指示器来替换望远镜，仍能实现对微小长度量的放,大测量？,5,本实验中，各个长度量用不同的仪器来测定，是怎样考虑的？为什么？,6,分析本实验测量中哪个量的测量对,E,的结果影响最大？如何进一步改进？,7.,千分尺的读数。（,eg,.,下图）,返回,结束,