实验报告-杨氏模量测量

./实验报告：杨氏模量的测定杨氏模量的测定〔伸长法[实验目的]1.用伸长法测定金属丝的杨氏模量2.学习光杠杆原理并掌握使用方法[实验仪器]伸长仪；光杆杆；螺旋测微器；游标尺；钢卷尺和米尺；望远镜〔附标尺.[实验原理]物体在外力作用下或多或少都要发生形变,当形变不超过某一限度时,撤走外力之后形变能随之消失,这种形变叫弹性形变,发生弹性形变时物体内部将产生恢复原状的内应力.设有一截面为S,长度为的均匀棒状〔或线状材料,受拉力F拉伸时,伸长了,其单位面积截面所受到的拉力称为胁强,而单位长度的伸长量称为胁变.根据胡克定律,在弹性形变范围内,棒状〔或线状固体胁变与它所受的胁强成正比：其比例系数取决于固体材料的性质,反应了材料形变和内应力之间的关系,称为杨氏弹性模量.〔1图光杠杆原理DbMΔAO右图是光杠杆镜测微小长度变化量的原理图.左侧曲尺状物为光杠杆镜,M是反射镜,b为光杠杆镜短臂的杆长,B为光杆杆平面镜到尺的距离,当加减砝码时,b边的另一端则随被测钢丝的伸长、缩短而下降、上升,从而改变了M镜法线的方向,使得钢丝原长为时,从一个调节好的位于图右侧的望远镜看M镜中标尺像的读数为；而钢丝受力伸长后,光杠杆镜的位置变为虚线所示,此时从望远镜上看到的标尺像的读数变为.这样,钢丝的微小伸长量,对应光杠杆镜的角度变化量,而对应的光杠杆镜中标尺读数变化则为.由光路可逆可以得知,对光杠杆镜的张角应为图光杠杆原理DbMΔAO<1><2>将〔1式和<2>式联列后得：<3>考虑到,所以：这种测量方法被称为放大法.由于该方法具有性能稳定、精度高,而且是线性放大等优点,所以在设计各类测试仪器中有着广泛的应用.[实验内容]1.2kg砝码盘挂在钢丝下端钢丝拉直,调节杨氏模量仪底盘下面的3个底脚螺丝,同时观察放在平台上的水准尺,直至中间平台处于水平状态为止.2.调节光杠杆镜位置.将光杆镜放在平台上,两前脚放在平台横槽内,后脚放在固定钢丝下端圆柱形套管上〔注意一定要放在金属套管的边上,不能放在缺口的位置,并使光杠杆镜镜面基本垂直或稍有俯角,如图所示.3.望远镜调节.将望远镜置于距光杆镜1m左右处,松开望远镜固定螺钉,上下移动使得望远镜和光杠杆镜的镜面基本等高.从望远镜筒上方沿镜筒轴线瞄准光杠杆镜面,移动望远镜固定架位置,直至可以看到光杠杆镜中标尺的像.然后再从目镜观察,先调节目镜使十字叉丝清晰,最后缓缓旋转调焦手轮,使物镜在镜筒内伸缩,直至从望远镜里可以看到清晰的标尺刻度为止.4.观测伸长变化.从不挂砝码开始,一次按等时间间隔2min,递加2kg砝码,记下望远镜上看到的标尺像的读数变为,直至10kg,紧接着再依次撤掉2kg砝码,记下望远镜上看到的标尺像的读数变为,这是钢丝收缩过程中的读数变化.注意：加、减砝码时,应轻放轻拿,避免钢丝产生较大幅度振动.加〔或减砝码后,钢丝会有一个伸缩的微振动,要等钢丝渐趋平稳后再读数.5.测量光杠杆镜前后脚距离.把光杠杆镜的三只脚在白纸上压出凹痕,用尺画出两前脚的连线,再用游标卡尺量出后脚到该连线的垂直距离6.测量钢丝直径.用螺旋测微计在钢丝的不同部位测6次,取其平均值.测量时每次都要注意记下数据,螺旋测微计的零位误差.7.测量光杠杆镜镜面到望远镜附标尺的距离.用钢卷尺量出光杠杆镜镜面到望远镜附标尺的距离,测量1次.8.用米尺测量钢丝原长,测量1次.[实验数据]单位制：mm,零点读数D0=0；0.90.001610100.099.099.540.50.560.5020.00072287.086.086.50.5003473.072.072.541.31.260.5020.00184660.257.959.10.5025846.444.045.239.50.2860.5010