杨氏模量演示文稿资料课件

杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料物理实验教学中心实验背景杨氏模量是工程材料重要的物理性能参数，是选择工程材料的一个重要依据，其测量具有重要意义。杨氏模量——描述材料抵抗弹性形变能力的物理量。测量方法：如静态拉伸法、共振法、简支梁法、悬臂梁法、脉冲波传输法等。本实验—拉伸法，涉及长度微小变化测量。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料1物理实验教学中心实验背景杨氏模量是工程材料重要的物理性能参数，是选择工程材料的一个重要依据，其测量具有重要意义。杨氏模量——描述材料抵抗弹性形变能力的物理量。测量方法：如静态拉伸法、共振法、简支梁法、悬臂梁法、脉冲波传输法等。本实验—拉伸法，涉及长度微小变化测量。物理实验教学中心实验背景杨氏模量是工程材料重要2物理实验教学中心

用长度测量工具直接测量微小长度及长度的微小变化，很难得到精确数据。将微小长度或长度的微小变化通过放大或转换再进行测量是一种基本实验方法。例如：测薄纸厚度很多张叠放，测总厚度，计算一页厚度——累积放大。邮票质量类似测量。卡尺及千分尺本身可以测小的厚度或长度——机械放大。物理实验教学中心用长度测量工具直接测3物理实验教学中心利用干涉仪可将长度的微小变化转换为光的干涉条纹的移动进行测量。材料在外力作用下的微小应变，可用电阻应变仪将应变转换为电学量测量——转换放大总之，测微小长度及长度微小变化有许多方法，不同的方法适合不同情形。

本实验内容：通过加载拉伸测定钢丝的杨氏模量。钢丝被拉伸，长度微小变化，能用长度测量工具直接而准确地测量吗？很难操作！物理实验教学中心利用干涉仪可将长度的4物理实验教学中心光杠杆有很多实际应用：金属丝静态拉伸的微小伸长、金属杆受热膨胀的微小伸长，用光杠杆放大测量。灵敏电流计、冲击电流计、光线示波器都有光杠杆装置。方法：采用光杠杆放大方法测钢丝伸长。物理实验教学中心光杠杆有很多实际应用：方法5物理实验教学中心实验目的1、了解杨氏模量的物理概念，学会测量杨氏弹性模量的一种实验方法。2、掌握用光杠杆放大原理测量长度微小变化的方法。3、学会用逐差法处理数据。物理实验教学中心实验目的1、了解杨氏模量的物理概念，学会测量6物理实验教学中心实验原理一、什么是杨氏模量？

众所周知，物体在外力作用下将发生形变。当去除外力，物体能恢复原来形状的形变——弹性形变；当去除外力，物体仍有剩余形变——塑性形变。

本实验研究一种简单的弹性形变，即棒状或丝状物体在轴向外力作用下的弹性形变——拉伸形变。设物体原长L，截面积S，在长度方向施加外力F，其伸长(或缩短)ΔL。物理实验教学中心实验原理一、什么是杨氏模量？7物理实验教学中心

实验证明，弹性范围内，单位截面上的垂直作用力F/S（正应力或胁强）与物体相对伸长ΔL/L（线应变或胁变）成正比：上述关系称为胡克定律。比例系数Y称为材料的杨氏模量，反映材料反抗拉伸形变的能力，不同质材料Y不同。于是（直径为d的金属丝）物理实验教学中心实验证明，弹性范围内，单位截面8物理实验教学中心测出得到杨氏模量本实验用光杠杆测量微小长度变化二、光杠杆放大原理光杠杆系统由光杠杆、测量望远镜及竖直标尺组成物理实验教学中心测出得到杨氏模量本实验用光杠杆测量微小长度变9物理实验教学中心

光杠杆——固定在三角支架上的并可绕水平轴转动的小平面镜。测量望远镜及竖直标尺

光杠杆是如何实现长度微小变化的测量的？物理实验教学中心光杠杆——固定在三角支架上的10物理实验教学中心基本原理：通过平面镜反射将长度的微小变化转化成测量光线光点相对于参考标尺的移动，来完成测量。物理实验教学中心基本原理：通过平面镜反射将长度的11物理实验教学中心物理实验教学中心12物理实验教学中心12钢丝上端固定，下端被圆柱夹柱，加载，伸长后足下移物理实验教学中心12钢丝上端固定，下端被圆柱夹柱，加13物理实验教学中心12根据反射定律及几何关系得：物理实验教学中心12根据反射定律及几何关系得：14物理实验教学中心12微小伸长的测量转换放大成N的测量。放大倍数物理实验教学中心12微小伸长的测量转换放大成N的15物理实验教学中心12物理实验教学中心1216物理实验教学中心三、测金属丝杨氏模量实验装置

金属丝上端固定，下端于圆柱夹柱中。夹柱可穿过固定平台孔上下自由移动。圆柱下端金属丝挂砝码。底脚螺丝气泡物理实验教学中心三、测金属丝杨氏模量实验装置金属丝上17物理实验教学中心

光杠杆前两足于平台凹槽中，后足于圆柱夹上。

望远镜和标尺于光杠杆正前方

三个底脚螺丝调节平台水平和双柱支架铅直（不同仪器：底座气泡居中；环钩小重锤尖与底座尖锥正对；平台上置水准仪，气泡居中）物理实验教学中心光杠杆前两足于平台凹槽中，后足于圆柱18物理实验教学中心

（1）标尺的位置变化，光线反射次数增加；（2）加载用液压，数显载荷；（3）望远镜与光杠杆间距缩短。NKY-5型数显液压加力杨氏模量仪物理实验教学中心（1）标尺的位置变化，光线反射次数增加19标尺、光杠杆光杠杆标尺原装置NKY-5型物理实验教学中心原装置标尺、光杠杆光杠杆标尺原装置NKY-5型物理实验教学中心原装20物理实验教学中心测量过程中有可能出现那些系统误差？如何消除？物理实验教学中心测量过程中有可能出现那些系统误差？21物理实验教学中心四.系统误差及消减（1）避免金属丝假伸长

钢丝自由悬挂不可能拉紧，开始加载会伴有假伸长。方法：测量前预先加力，拉紧钢丝。（2）消除伸长滞后效应误差

钢丝加外力要经过一段时间才达到稳定伸长即滞后效应。每次加载需经较长时间，标尺读数才与外力准确对应。方法：每次加力后应等一段时间（NKY-5型：显示器数字稳定）再读数；加载与减载，读数平均。物理实验教学中心四.系统误差及消减（1）避免金属丝假伸长22物理实验教学中心（3）仪器调整不当引起误差（4）钢丝锈蚀或长期受力产生金属疲劳。

导致应力集中或塑性形变。及时更换钢丝。（5）载荷不准确

望远镜偏离水平；支架不铅直；圆柱夹与平台圆孔不同轴而发生阻碍（原装置）。

NKY-5型：数字测力秤视值误差取

计量校正的砝码，可以作标准值处理。如果长期不校正，校正后一年加0.5%误差，累积达5%后不加计。物理实验教学中心（3）仪器调整不当引起误差（4）钢丝锈蚀或长23物理实验教学中心五.其他测量误差及估算

L—上下夹具间钢丝长度。钢卷尺刻线无法与两端对齐并可能弯曲，误差可估算2-3mm.D—光杠杆至标尺的距离。钢卷尺测量无固着点，误差可估算4-5mm.d—钢丝直径。千分尺测，应将测点均匀分布在上中下各个位置。仪器误差取0.004mm.物理实验教学中心五.其他测量误差及估算L—上下24b—光杠杆腿长。三足尖压印在硬纸板上，作等腰三角形，后足到前两足连线的垂直距离即b.压印直径和作图连线的宽度可达0.3mm,误差估算到0.3-0.5mm.b物理实验教学中心b—光杠杆腿长。三足尖压印在硬纸板上，作等腰三角25物理实验教学中心实验器材

杨氏模量仪，光杠杆、望远镜，钢卷尺，钢直尺或卡尺，螺旋测微计（千分尺），水准仪，待测钢丝，砝码（NKY-5型：液压加载）。物理实验教学中心实验器材杨氏模量仪，26物理实验教学中心实验内容及步骤一、调整杨氏模量仪

（1）如何调节支架铅直、平台水平？

调底脚螺丝：使水准仪气泡居中。

（2）如何使光杠杆三足尖于同一平面？

后足尖于圆柱夹上（不与钢丝接触），前两足尖于平台凹槽。调平台上下位置，使三尖足在同一平面上。NKY-5型：前足于固定平台槽内，后足尖置于与钢丝固连的圆形托板上。物理实验教学中心实验内容及步骤一、调整杨氏模量仪（127

（3）挂砝码2kg，拉直钢丝，检查钢丝是否被夹紧，圆柱夹在孔中能否自由滑动。物理实验教学中心NKY-5型：液压加载二、调整光杠杆、望远镜、反射镜、标尺使望远镜轴线水平；光杠杆镜面铅直；标尺铅直；反射镜面铅直（NKY-5型）。步骤：（1）调节光路（3）挂砝码2kg，拉直钢丝，检查钢丝是否被夹紧，28物理实验教学中心

光杠杆镜面与平台基本垂直；调光杠杆倾斜螺丝。望远镜筒大致水平；调倾望远镜斜螺丝。望远镜与光杠杆镜面等高；标尺铅直（NKY-5型：接电源，标尺灯亮）反射镜面基本铅直，与光杠杆镜面基本平行调反射镜倾斜螺丝。物理实验教学中心光杠杆镜面与平台基本垂直；调光29物理实验教学中心从望远镜外上方附近沿轴线（缺口-准星-镜面）看到光杠杆镜内标尺像。否则，调光杠杆和反射镜倾斜螺丝，移动望远镜位置或调水平倾斜螺丝。物镜准星目镜镜物镜调焦抡

（2）调望远镜

1）转动目镜使十字叉丝清晰，转动调焦手轮使望远镜中标尺像清晰。物理实验教学中心从望远镜外上方附近沿轴线（缺30物理实验教学中心

2）眼睛上下移动，看标尺刻线与叉丝有无相对移动（视差）。否则继续微调“调焦手轮”并配合微调目镜。物镜准星目镜镜物镜调焦抡

注意标尺起始读数位置。加载1kg，看读数变化大小方向。判断：最大加载（如10kg)时，若读数超出刻度范围，则调标尺高度。NKY-5型：因标尺固定，则微调光路（光杠杆、反射镜直，望远镜平）。物理实验教学中心2）眼睛上下移动，看标尺刻线与31物理实验教学中心三、测量（1）各载荷下的标尺读数加载，依次增加1kg，分别记下读数。——初始载荷下标尺读数——每增加1kg载荷的标尺读数数分钟后，再依次减载1kg，分别记录读数——每减少1kg载荷的标尺读数物理实验教学中心三、测量（1）各载荷下的标尺读数加载，依次增32物理实验教学中心（2）D、L、b、d

钢卷尺测D、L一次；钢直尺或卡尺测b一次（光杠杆在平纸上压痕）。

千分尺测d,钢丝上不同位置测5次以上。注意减少滞后效应误差：加减载荷不能立即读数。NKY-5型：

按测力秤“开关”，显示器出现“0.000”后，液压螺杆加力。初始载荷14kg，每隔1kg加载。数显拉力值完全稳定后记录标尺读数。测完，液压螺杆旋到最外，显示“0.000”，关电源。物理实验教学中心（2）D、L、b、d钢卷尺测D、L33物理实验教学中心实验记录与数据处理

一、实验记录（1）钢丝直径测量数据表格；（2）加卸载荷标尺读数记录表格；（3）D、L、b测量记录表格

二、用逐差法处理N数据

三、计算杨氏模量平均值、不确定度，表达测量结果。为什么要用逐差法处理数据？（绪论）物理实验教学中心实验记录与数据处理一、实验记录34物理实验教学中心各量不确定度计算物理实验教学中心各量不确定度计算35物理实验教学中心两边取对数微分得：物理实验教学中心两边取对数微分得：36物理实验教学中心1.钢丝直径测量数据123456测次2.D、L、b测量记录被测量量具名称分度值仪器误差测量读数附物理实验教学中心1.钢丝直径测量数据123456测次2.D、37物理实验教学中心3.标尺读数记录载荷/kg0123456789加载减载标尺读数逐差值5kg次数14.00015.00016.00017.00018.00019.00020.00021.00022.00023.000物理实验教学中心38物理实验教学中心注意事项

1.光杠杆系统调好后，不可再动；光杠杆镜面转动螺丝不能太松，否则镜面转动影响测量。2.避免光杠杆掉落。3.增减载荷过程中，载荷相同时，读数基本相同，否则要寻找原因重做。4.增减载荷不能立即读数，稳定后记录标尺读数。物理实验教学中心注意事项1.光杠杆系统调好后，39物理实验教学中心思考题

1.该实验设计思想如何？光杠杆是如何实现微小长度变化的测量的？2.测量中有那些系统误差，如何消减？3.怎样调节望远镜叉丝和标尺像清晰？4.为什么用逐差法处理数据？5.请构思用光杠杆测量固体线膨胀系数的装置。物理实验教学中心思考题1.该实验设计思想如40物理实验教学中心

开始实验实验过程中有疑难问题时与老师讨论或向“电子教师”“请教”物理实验教学中心41谢谢谢谢42谢谢观赏！2020/11/543谢谢观赏！2020/11/543杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料物理实验教学中心实验背景杨氏模量是工程材料重要的物理性能参数，是选择工程材料的一个重要依据，其测量具有重要意义。杨氏模量——描述材料抵抗弹性形变能力的物理量。测量方法：如静态拉伸法、共振法、简支梁法、悬臂梁法、脉冲波传输法等。本实验—拉伸法，涉及长度微小变化测量。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料杨氏模量演示文稿资料44物理实验教学中心实验背景杨氏模量是工程材料重要的物理性能参数，是选择工程材料的一个重要依据，其测量具有重要意义。杨氏模量——描述材料抵抗弹性形变能力的物理量。测量方法：如静态拉伸法、共振法、简支梁法、悬臂梁法、脉冲波传输法等。本实验—拉伸法，涉及长度微小变化测量。物理实验教学中心实验背景杨氏模量是工程材料重要45物理实验教学中心

用长度测量工具直接测量微小长度及长度的微小变化，很难得到精确数据。将微小长度或长度的微小变化通过放大或转换再进行测量是一种基本实验方法。例如：测薄纸厚度很多张叠放，测总厚度，计算一页厚度——累积放大。邮票质量类似测量。卡尺及千分尺本身可以测小的厚度或长度——机械放大。物理实验教学中心用长度测量工具直接测46物理实验教学中心利用干涉仪可将长度的微小变化转换为光的干涉条纹的移动进行测量。材料在外力作用下的微小应变，可用电阻应变仪将应变转换为电学量测量——转换放大总之，测微小长度及长度微小变化有许多方法，不同的方法适合不同情形。

本实验内容：通过加载拉伸测定钢丝的杨氏模量。钢丝被拉伸，长度微小变化，能用长度测量工具直接而准确地测量吗？很难操作！物理实验教学中心利用干涉仪可将长度的47物理实验教学中心光杠杆有很多实际应用：金属丝静态拉伸的微小伸长、金属杆受热膨胀的微小伸长，用光杠杆放大测量。灵敏电流计、冲击电流计、光线示波器都有光杠杆装置。方法：采用光杠杆放大方法测钢丝伸长。物理实验教学中心光杠杆有很多实际应用：方法48物理实验教学中心实验目的1、了解杨氏模量的物理概念，学会测量杨氏弹性模量的一种实验方法。2、掌握用光杠杆放大原理测量长度微小变化的方法。3、学会用逐差法处理数据。物理实验教学中心实验目的1、了解杨氏模量的物理概念，学会测量49物理实验教学中心实验原理一、什么是杨氏模量？

众所周知，物体在外力作用下将发生形变。当去除外力，物体能恢复原来形状的形变——弹性形变；当去除外力，物体仍有剩余形变——塑性形变。

本实验研究一种简单的弹性形变，即棒状或丝状物体在轴向外力作用下的弹性形变——拉伸形变。设物体原长L，截面积S，在长度方向施加外力F，其伸长(或缩短)ΔL。物理实验教学中心实验原理一、什么是杨氏模量？50物理实验教学中心

实验证明，弹性范围内，单位截面上的垂直作用力F/S（正应力或胁强）与物体相对伸长ΔL/L（线应变或胁变）成正比：上述关系称为胡克定律。比例系数Y称为材料的杨氏模量，反映材料反抗拉伸形变的能力，不同质材料Y不同。于是（直径为d的金属丝）物理实验教学中心实验证明，弹性范围内，单位截面51物理实验教学中心测出得到杨氏模量本实验用光杠杆测量微小长度变化二、光杠杆放大原理光杠杆系统由光杠杆、测量望远镜及竖直标尺组成物理实验教学中心测出得到杨氏模量本实验用光杠杆测量微小长度变52物理实验教学中心

光杠杆——固定在三角支架上的并可绕水平轴转动的小平面镜。测量望远镜及竖直标尺

光杠杆是如何实现长度微小变化的测量的？物理实验教学中心光杠杆——固定在三角支架上的53物理实验教学中心基本原理：通过平面镜反射将长度的微小变化转化成测量光线光点相对于参考标尺的移动，来完成测量。物理实验教学中心基本原理：通过平面镜反射将长度的54物理实验教学中心物理实验教学中心55物理实验教学中心12钢丝上端固定，下端被圆柱夹柱，加载，伸长后足下移物理实验教学中心12钢丝上端固定，下端被圆柱夹柱，加56物理实验教学中心12根据反射定律及几何关系得：物理实验教学中心12根据反射定律及几何关系得：57物理实验教学中心12微小伸长的测量转换放大成N的测量。放大倍数物理实验教学中心12微小伸长的测量转换放大成N的58物理实验教学中心12物理实验教学中心1259物理实验教学中心三、测金属丝杨氏模量实验装置

金属丝上端固定，下端于圆柱夹柱中。夹柱可穿过固定平台孔上下自由移动。圆柱下端金属丝挂砝码。底脚螺丝气泡物理实验教学中心三、测金属丝杨氏模量实验装置金属丝上60物理实验教学中心

光杠杆前两足于平台凹槽中，后足于圆柱夹上。

望远镜和标尺于光杠杆正前方

三个底脚螺丝调节平台水平和双柱支架铅直（不同仪器：底座气泡居中；环钩小重锤尖与底座尖锥正对；平台上置水准仪，气泡居中）物理实验教学中心光杠杆前两足于平台凹槽中，后足于圆柱61物理实验教学中心

（1）标尺的位置变化，光线反射次数增加；（2）加载用液压，数显载荷；（3）望远镜与光杠杆间距缩短。NKY-5型数显液压加力杨氏模量仪物理实验教学中心（1）标尺的位置变化，光线反射次数增加62标尺、光杠杆光杠杆标尺原装置NKY-5型物理实验教学中心原装置标尺、光杠杆光杠杆标尺原装置NKY-5型物理实验教学中心原装63物理实验教学中心测量过程中有可能出现那些系统误差？如何消除？物理实验教学中心测量过程中有可能出现那些系统误差？64物理实验教学中心四.系统误差及消减（1）避免金属丝假伸长

钢丝自由悬挂不可能拉紧，开始加载会伴有假伸长。方法：测量前预先加力，拉紧钢丝。（2）消除伸长滞后效应误差

钢丝加外力要经过一段时间才达到稳定伸长即滞后效应。每次加载需经较长时间，标尺读数才与外力准确对应。方法：每次加力后应等一段时间（NKY-5型：显示器数字稳定）再读数；加载与减载，读数平均。物理实验教学中心四.系统误差及消减（1）避免金属丝假伸长65物理实验教学中心（3）仪器调整不当引起误差（4）钢丝锈蚀或长期受力产生金属疲劳。

导致应力集中或塑性形变。及时更换钢丝。（5）载荷不准确

望远镜偏离水平；支架不铅直；圆柱夹与平台圆孔不同轴而发生阻碍（原装置）。

NKY-5型：数字测力秤视值误差取

计量校正的砝码，可以作标准值处理。如果长期不校正，校正后一年加0.5%误差，累积达5%后不加计。物理实验教学中心（3）仪器调整不当引起误差（4）钢丝锈蚀或长66物理实验教学中心五.其他测量误差及估算

L—上下夹具间钢丝长度。钢卷尺刻线无法与两端对齐并可能弯曲，误差可估算2-3mm.D—光杠杆至标尺的距离。钢卷尺测量无固着点，误差可估算4-5mm.d—钢丝直径。千分尺测，应将测点均匀分布在上中下各个位置。仪器误差取0.004mm.物理实验教学中心五.其他测量误差及估算L—上下67b—光杠杆腿长。三足尖压印在硬纸板上，作等腰三角形，后足到前两足连线的垂直距离即b.压印直径和作图连线的宽度可达0.3mm,误差估算到0.3-0.5mm.b物理实验教学中心b—光杠杆腿长。三足尖压印在硬纸板上，作等腰三角68物理实验教学中心实验器材

杨氏模量仪，光杠杆、望远镜，钢卷尺，钢直尺或卡尺，螺旋测微计（千分尺），水准仪，待测钢丝，砝码（NKY-5型：液压加载）。物理实验教学中心实验器材杨氏模量仪，69物理实验教学中心实验内容及步骤一、调整杨氏模量仪

（1）如何调节支架铅直、平台水平？

调底脚螺丝：使水准仪气泡居中。

（2）如何使光杠杆三足尖于同一平面？

后足尖于圆柱夹上（不与钢丝接触），前两足尖于平台凹槽。调平台上下位置，使三尖足在同一平面上。NKY-5型：前足于固定平台槽内，后足尖置于与钢丝固连的圆形托板上。物理实验教学中心实验内容及步骤一、调整杨氏模量仪（170

（3）挂砝码2kg，拉直钢丝，检查钢丝是否被夹紧，圆柱夹在孔中能否自由滑动。物理实验教学中心NKY-5型：液压加载二、调整光杠杆、望远镜、反射镜、标尺使望远镜轴线水平；光杠杆镜面铅直；标尺铅直；反射镜面铅直（NKY-5型）。步骤：（1）调节光路（3）挂砝码2kg，拉直钢丝，检查钢丝是否被夹紧，71物理实验教学中心

光杠杆镜面与平台基本垂直；调光杠杆倾斜螺丝。望远镜筒大致水平；调倾望远镜斜螺丝。望远镜与光杠杆镜面等高；标尺铅直（NKY-5型：接电源，标尺灯亮）反射镜面基本铅直，与光杠杆镜面基本平行调反射镜倾斜螺丝。物理实验教学中心光杠杆镜面与平台基本垂直；调光72物理实验教学中心从望远镜外上方附近沿轴线（缺口-准星-镜面）看到光杠杆镜内标尺像。否则，调光杠杆和反射镜倾斜螺丝，移动望远镜位置或调水平倾斜螺丝。物镜准星目镜镜物镜调焦抡

（2）调望远镜

1）转动目镜使十字叉丝清晰，转动调焦手轮使望远镜中标尺像清晰。物理实验教学中心从望远镜外上方附近沿轴线（缺73物理实验教学中心

2）眼睛上下移动，看标尺刻线与叉丝有无相对移动（视差）。否则继续微调“调焦手轮”并配合微调目镜。物镜准星目镜镜物镜调焦抡

注意标尺起始读数位置。加载1kg，看读数变化大小方向。判断：最大加载（如10kg)时，若读数超出刻度范围，则调标尺高度。NKY-5型：因标尺固定，则微调光路（光杠杆、反射镜直，望远镜平）。物理实验教学中心2）眼睛上下移动，看标尺刻线与74物理实验教学中心三、测量（1）各载荷下的标尺读数加载，依次增加1kg，分别记下读数。——初始载荷下标尺读数——每增加1kg载荷的标尺读数数分钟后，再依次减载1kg，分别记录读数——每减少1kg载荷的标尺读数物理实验教学中心三、测量（1）各载荷下的标尺读数加载，依次增75物理实验教学中心（2）D、L、b、d

钢卷尺测D、L一次；钢直尺或卡尺测b一次（光杠杆在平纸上压痕）。

千分尺测d,钢丝上不同位置测5次以上。注意减少滞后效应误差：加减载荷不能立即读数。N