大学物理实验报告钢丝杨氏模量测量

大学物理仿真切验实验报告姓名：班级：学号：2014年12月10日实验名称：钢丝的杨氏模量丈量实验原理任何物体（或资料）在外力作用下都会发生形变。当形变不超出某一限度时，撤走外力则形变随之消逝，为一可逆过程，这类形变称为弹性形变，这一极限称为弹性极限。超出弹性极限，就会产生永远形变（亦称塑性形变），即撤去外力后形变仍旧存在，为不行逆过程。当外力进一步增大到某一点时，会忽然发生很大的形变，该点称为折服点，在达到折服点后不久，资料可能发生断裂，在断裂点被拉断。人们在研究资料的弹性性质时，希望有这样一些物理量，它们与试样的尺寸、形状和外加的力没关。于是提出了应力F/S（即力与力所作用的面积之比）和应变L/L（即长度或尺寸的变化与本来的长度或尺寸之比）之比的观点。在胡克定律建立的范围内，应力和应变之比是一个常数，即1）被称为资料的杨氏模量，它是表征资料性质的一个物理量，仅与资料的结构、化学成分及其加工制造方法相关。某种资料发生必定应变所需要的力大，该资料的杨氏模量也就大。杨氏模量的大小标记了资料的刚性。经过式（1），在样品截面积S上的作用应力为F，丈量惹起的相对伸长量L/L，即可计算出资料的杨氏模量E。因一般伸长量L很小，故常采纳光学放大法，将其放大，如用光杠杆丈量L。光杠杆是一个带有可旋转的平面镜的支架，平面镜的镜面与三个足尖决定的平面垂直，后来足即杠杆的支脚与被测物接触，见图1。当杠杆支脚随被测物上涨或降落细小距离L时，镜面法线转过一个θ角，而入射到望远镜的光芒转过2θ角，如图2所示。当θ很小时，（2）式中l为支脚尖到刀口的垂直距离（也叫光杠杆的臂长）。依据光的反射定律，反射角和入射角相等，故当镜面转动θ角时，反射光芒转动2θ角，由图可知（3）式中D为镜面到标尺的距离，b为从望远镜中察看到的标尺挪动的距离。从（2）和（3）两式获得（4）由此得（5）归并（1）和（4）两式得（6）式中2D/l叫做光杠杆的放大倍数。只需丈量出L、D、l和及一系列的F与b以后，就能够由式（5）确立金属丝的杨氏模量

d（E.

）实验内容杨氏模量的丈量仪包含光杠杆、砝码、望远镜和标尺。实验前，先要熟习实验用的仪器，认识仪器的结构，仪器上各个零件的用途和调理方法，以及实验中要注意的问题，这样就能娴熟地操作仪器，顺利地进行实验。杨氏模量丈量仪实验装置如图1所示，待测金属丝长约1m，上端夹紧悬挂于支架顶部，下端夹在一个金属圆柱G（名叫管束器）的底部，支架中部有一平台F，平台中一圆孔，管束器能在孔中上下挪动，砝码P加在管束器下的砝码托上，金属丝遇到拉力而伸长。1．调理仪器1）调理搁置光杠杆的平台F与望远镜的相对地点，使光杠杆镜面法线与望远镜轴线大概重合。2）调理支架底脚螺丝，保证平台水平，调平台的上下地点，使管束器顶部与平台的上表面共面。（3）光杠杆的调理，光杠杆和镜尺组是丈量金属丝伸长量L的重点零件。光杠杆的镜面（1）和刀口（3）应平行。使用时刀口放在平台的槽内，支脚放在管束器的槽内，刀口和支脚尖应共面。4）镜尺组的调理，调理望远镜、直尺和光杠杆三者之间的相对地点，使望远镜和反射镜处于同样高度，调理望远镜目镜视度圈（4），使目镜内分划板刻线（叉丝）清楚，用手轮（5）调焦，使标尺像清楚（图2）。2．丈量1）砝码托的质量为m0，记录望远镜中标尺的读数r0作为钢丝的开端长度。2）在砝码托上逐次加500g砝码（可加到3500g），察看每增添500g时望远镜中标尺上的读数ri，而后再将砝码逐次减去，记下对应的读数ri，取两组对应数据的均匀值。3）用米尺丈量金属丝的长度L和平面镜与标尺之间的距离D，以及光杠杆的臂长。3．数据办理（1）逐差法用螺旋测微计测金属丝直径d，上、中、下各测2次，共6次，而后取均匀值。将d每隔四项相减，获得相当于每次加2000g的四次丈量数据，并求出均匀值和偏差。将测得的各量代入式（5）计算E，并求出其偏差（E/E和E），正确表述E的丈量结果。（2）作图法把式（5）改写为（6）此中，在必定的实验条件下，M是一个常量，若以为纵坐标，Fi为横坐标作图应得向来线，其斜率为M。由图上获得M的数据后可由式（7）计算杨氏模量（7）4．注意事项1）调整好光杠杆和镜尺组以后，整个实验过程都要防备光杠杆的刀口和望远镜及竖尺的地点有任何改动，特别在加减砝码时要分外当心，轻放轻取。2）按先粗调后细调的原则，经过望远镜筒上的准星看反射镜，应能看到标尺，而后再细调望远镜。调目镜能够看清叉丝，调聚焦旋钮能够看清标尺。实验仪器杨氏模量测试仪：由支架、待测金属钢丝、上端夹具、管束器、平台、砝码、光杠杆、镜尺组等构成。实验操作1）调理平台的高低，使管束器顶部与平台的上表面共面。调理时用手当心托住平台防备光杠杆倾跌。调理光杠杆的臂长，并使光杠杆镜面法线与望远镜在同一水平面上。2）调理支架底脚螺丝使仪器公正，以水平仪上的水平泡居中为准。3）调整望远镜及标尺的地点、第一沿镜简的轴线方向，经过准星，察看反射镜内能否有标尺的象，假如看不到标尺象，则可左右挪动望远镜底座，或松开手轮，调整望远镜，直至反射镜内出现标尺的象为止。4）丈量钢丝长度，应注意两头点的地点，上端起于夹钢丝的两个半圆柱的下表面，下端止于管束器的下表面。5）光杠杆放在工作平台上，刀口放在平台的横槽内，后足尖放在管束器的沟槽内，但不得与钢丝相碰，光杠杆的平面镜要与平台垂直。6）光杠杆、望远镜标尺调整好后，整个实验中防备地点改动。加取砝码要轻取轻放，待钢丝不动时再观察读数。察看标尺时眼睛正对望远镜，不得忽高忽低惹起视差。数据记录及丈量砝码质量/g拉伸长度/mm均匀值/mm5001.181.081.1310002.322.382.3515003.493.363.4320004.494.654.5725005.745.625.6830006.666.496.5735007.948.027.98上0.2880.262直径d/cm中0.2840.245下0.2840.285均匀值0.275l=4.02cmD=119.05cmL=144.82cm逐差法：b0=4.57mm，b1=4.55mm，b2=4.22mm，b3=4.55mm，=4.47mm,E2DLFSlb×1011N/m2由，代入丈量数据均匀值，得E=2.15.EDLl2dFbEDLldFb=0.002+0.002+0.0028+E=(2.100.06)×1011N/m2作图法：钢丝拉伸长度与砝码质量987654拉伸长度321005001000150020002500300035004000斜率M为0.00228E2DL8DL2.211011N/m2SlMd2lM思虑题利用光杠杆把测细小长度L变为侧b，光杠杆的放大率