楊氏模量測量實驗.ppt

拉伸法測金屬楊氏模量,制作：張波 基礎(chǔ)物理實驗中心,1、學(xué)會測量楊氏模量的一種方法（靜態(tài)法）； 2、掌握用光杠桿法測量微小長度變化的原理（放大法 ）； 3、學(xué)習(xí)用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。,【實驗?zāi)康摹?楊氏模量測定儀、光杠桿、尺讀望遠鏡、螺旋測微器（25mm、0.01mm）、直尺及鋼卷尺,【實驗儀器及裝置】,【實驗原理】,1、靜態(tài)法測楊氏模量,一根均勻的金屬絲或棒，設(shè)其長度為L，截面積為S,在受到沿長度方向的外力F的作用下伸長 。根據(jù)胡克定律可知，在材料彈性范圍內(nèi)，其相對伸長量 (應(yīng)變)與外力造成的單位面積上受力F/S(應(yīng)力)成正比，兩者的比值,稱為該金屬絲的彈性模量，也稱楊氏模量，它的單位為 (牛頓/平方米)。,實驗證明，楊氏模量與外力 、物體的長度 和截面積 的大小無關(guān)，只取決于被測物的材料特性，它是表征固體性質(zhì)的一個物理量。,設(shè)金屬絲的直徑為 ，則 ，楊氏模量可表示為：,在長度 、直徑 和外力 相同的情況下，楊氏模量大的金屬絲的伸長量較小，而一般金屬材料的楊氏模量均達到 的數(shù)量級，所以當 的比值不太大時，絕對伸長量 就很小，用通常的測量儀（游標卡尺、螺旋測微器等）就難以測量。實驗中可采用光學(xué)放大法將微小長度轉(zhuǎn)換成其他量測量，用一種專門設(shè)計的測量裝置光杠桿來進行測量。,2、用光杠桿測微小長度,微小長度 測量，需要光杠桿與尺讀望遠鏡配合使用如圖所示，,從望遠鏡標尺R發(fā)出的物光經(jīng)過遠處光杠桿的鏡面反射后到達望遠鏡，被觀察者在望遠鏡中看到。開始時，光杠桿的鏡面處于垂直狀態(tài)，從望遠鏡中看到的標尺R上的刻度讀數(shù)為 。實驗中如果光杠桿的前足固定，而后足的支撐點（金屬絲夾）有與外力砝碼作用向下改變了 微小長度，則光杠桿就會改變一個角度 ,使鏡面M到達M的位置，而鏡面上的反射光會相應(yīng)地改變的角度 ，此時觀察到的標尺R的刻度變化到了的位置 。根據(jù)圖10-6中的幾何關(guān)系可知,式中 為光杠桿后足尖到兩前足尖連線之間的距離， 為光杠桿鏡面與直尺之間的距離。由于角 很小， ， ，所以 , 消去 ,得,所以：,， 為砝碼質(zhì)量。,【實驗內(nèi)容及要求】,一、調(diào)節(jié)儀器裝置 1、將測定儀支架調(diào)成豎直； 2、調(diào)整望遠鏡標尺及位置，調(diào)光杠桿及位置； 3、從望遠鏡邊“外視”，在平面鏡尋找標尺的像； 4、對準望遠鏡“內(nèi)視”調(diào)出清晰的標尺像。 二、測量數(shù)據(jù),1、儀器調(diào)好后，從望遠鏡中記下此時十字叉絲橫線對準的標尺刻度 。,2、按順序逐個增加金屬絲下端砝碼（七個），并逐次記下相應(yīng)的十字叉絲對準的標尺刻度 ，再按相反順序減少砝碼，記錄相應(yīng)的標尺刻度,3、用鋼卷尺一次性測量D和L（讀到0.1cm）；,4、用直尺測量光杠桿臂長b；測量結(jié)束后將光杠桿拿下在一張紙上按下三足點測量后足點到兩前足點垂直距離。,5、用螺旋測微計測量鋼絲直徑6次，求 。,【數(shù)據(jù)記錄及處理】,表一 望遠鏡標尺讀數(shù)記錄與處理（單個砝碼質(zhì)量 ）,望遠鏡標尺誤差限,表二 各單次測量數(shù)據(jù)記錄與儀器誤差,表三 鋼絲直徑數(shù)據(jù)記錄與處理,（取四位有效數(shù)字）,（千分尺零點讀數(shù)：_ _ mm）,【注意事項】,1、調(diào)好實驗裝置記下初讀數(shù)后 ，在實驗過程中不可再移動實驗裝置，否則整個測量系統(tǒng)就被破壞，所測數(shù)據(jù)無效，實驗應(yīng)從頭做起。 2、增加砝碼時，砝碼的缺口槽要交錯放置。 3、加減法碼時要輕拿輕放，并待穩(wěn)定后再讀數(shù)；讀數(shù)時下壓放置望遠鏡的桌面。,【思考題】 1、如果金屬絲圓柱形活動夾和平臺圓孔間有摩擦力存在，對實驗結(jié)果將有何影響？實驗