杨氏模量的测量

杨氏模量的测量一、教学内容杨氏模量的测量二、教学目标1．掌握用光杠杆测量微小长度变化量的原理。2．掌握望远镜直尺组的调节方法。3．测定金属丝的杨氏模量。4．学习用逐差法处理数据。5．巩固用不确定度表示测量结果的方法。三、教学重、难点1．“逐差法处理数据”是重点。2．“光杠杆测量微小长度变化量的原理”是重点也是难点。3．“望远镜直尺组的调节”是难点。四、教学时数3课时五、实验类型综合型实验六、教学过程1．引言2．主要教学过程（1）点名，填写实验平时成绩记录表。（5min）（2）审查学生实验预习报告并签字，学生针对实验仪器预习。（10min）（3）介绍实验仪器（5min）。（4）按照实验步骤以提问互动的方式进行实验。（30min）问题一：如何调节杨氏模量实验仪？答：调节杨氏模量实验仪的底角螺丝，使立柱铅直（平台水平）。检查螺丝夹能否在平台圆孔内上下自由移动。在钢丝下端托盘上加挂初始砝码，拉直钢丝。问题二：如何放置光杠杆？答：调节光杠杆后足固定螺丝，使前后足之间的距离适当，后足竖直向下。将光杠杆前足放在平台的凹巢里，后足轻轻搭在平台的螺丝夹上，后足杆和钢丝应在一个平面内。调节光杠杆平面镜倾角，使之在竖直平面内并固定。问题三：如何进行望远镜直尺组的粗调？答：将望远镜直尺组放在离光杠杆平面镜前1.5～2.0m处，使望远镜和光杠杆处于同一高度（等高）。将望远镜水平放置，望远镜轴心线和刻度尺平面竖直。调节望远镜的左右位置和在平面内的方位，使沿望远镜镜筒方向观察光杠杆平面镜面，能够看到刻度尺的像（同轴）。问题四：如何进行望远镜直尺组的细调？答：微调望远镜的方位，使刻度尺的像位于视场中央。然后调节目镜，使十字叉丝清晰。再调物镜，使望远镜视场中十字叉丝和刻度尺的像均很清晰。问题五：怎样消除视差？答：调节光杠杆平面镜镜面倾角，使十字叉丝对准刻度尺上与望远镜同一高度的位置；微调物镜，消除视差（上下稍许移动眼睛，刻度线与十字叉丝横线之间不出现相对移动就是无视差）。问题六：如何进行测量？答：仪器调整完毕，记录加挂初始砝码时望远镜中十字叉丝对准刻度尺上某一刻度的像a0。逐次增加1.0kg砝码，分别记录各次十字叉丝对准刻度尺上某刻度的像a1，a2，…，a5，砝码加到5.0kg时，在逐次减少1.0kg砝码，分别记录各次十字叉丝对准刻度尺上某刻度的像a4′，a3′，…，a0′。由逐差法求出。问题七：的物理意义是什么？答：根据逐差法计算出来的表示净增3kg砝码从望远镜目镜中观察到的十字叉丝在刻度尺的像上移动的距离。问题八：还需要测量哪些物理量？答：用钢卷尺测量钢丝的长度l（上下螺丝夹之间的距离），测量5次。用钢卷尺测量光杠杆平面镜到刻度尺之间的垂直距离D，测量5次。用螺旋测微器测量钢丝直径d，选不同位置测量5次。取下光杠杆，将其放在一张平整的白纸（实验预习报告）上用力压，用米尺测量光杠杆后足尖到前两足尖连线之间垂直距离b，测量5次。（5）学生实验，实时指导。（70min）（6）审核学生测量记录的实验数据（包括实验现象的记录等），在实验预习报告上签字。（15min）（8）实验完毕，学生整理实验仪器、打扫实验室卫生。七、板书设计三、实验数据表格示范：1．测量a次数a/cma′/cm1234562．测量l、D、d、b次数l/cmD/cmd/cmb/cm12345一、实验要求1．掌握用光杠杆测量微小长度变化量的原理。2．掌握望远镜直尺组的调节方法。3．测定金属丝的杨氏模量。4．学习用逐差法处理数据。5．巩固用不确定度表示测量结果的方法。二、实验内容1．仪器调节（1）调节杨氏摸量测量仪（2）调节光杠杆、望远镜直尺组2．测量（1）测量a、记录12个点。（2）测量l、D、d、b，分别测量五次。实验二杨氏模量的测量附录：『知识回顾』胡克（R.Hooke1635-1702）于1678年从实验中总结出，对于有拉伸压缩形变的弹性体，当应变较小时，应变与应力成正比，即称为胡克定律。因，，故胡克定律又可表示为图11-1式中比例系数E称为杨氏模量。由于为纯数，故杨氏模量和应力有相同的单位：称为“帕斯卡”，可简称为“帕”，国际符号为“Pa”。杨氏模量是表征材料本身弹性的物理量，由胡克定律可知，应力大而应变小，杨氏模量较大；反之，杨氏模量较小。杨氏模量反映材料对于拉伸或压缩变形的抵抗能力。对于一定的材料来说，拉伸和压缩的杨氏模量不同，但通常二者相差不多。仅当形变很小时，应力应变才服从胡克定律。若应力超过某一限度，到达一点时，撤消外力后，应力回到零，但有剩余应变ep，称为塑性应变。塑性力学便是专门研究这类现象恶毒。当外力进一步增大到某一点时，会突然发生很大的形变，该点被称为屈服点。在达到屈服点后不久，材料可能发生断裂，在断裂点被拉断。『实验目的』1．学会用拉伸法测量金属丝的杨氏模量。2．掌握用光杠杆装置测量微小长度变化量的原理。3．学会用逐差法处理数据。图11-21．平面镜2．后足3．前足『实验仪器』杨氏模量测量仪、光杠杆、望远镜直尺组、螺旋测微器、米尺、钢卷尺、砝码等。杨氏模量测量仪如图11-1所示。A、B为钢丝两端的螺丝夹，在B的下端挂有砝码的托盘，调节仪器底部的螺丝J可以使平台水平，且使B刚好悬于平台的圆孔中间。在平台上放有光杠杆G，光杠杆前两足放在平台的槽内，后足尖放在螺丝夹B上。当钢丝伸长时，可通过望远镜直尺组测量光杠杆的偏转角，从而求出钢丝的微小伸长量。图11-31．刻度尺；2．望远镜调焦手轮；3．望远镜轴线调整螺钉；4．望远镜紧固螺钉；5．缺口；6．准星；7．刻度尺紧固螺钉光杠杆由平面反射镜、前足、后足组成，如图11-2所示。镜面倾角及前、后足之间距离均可调。望远镜直尺