用拉伸法測(cè)金屬絲的楊氏模量(顯微鏡直讀法)-試驗(yàn)報(bào)告(含數(shù)據(jù))

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義實(shí)驗(yàn)4.2.1 拉伸法測(cè)金屬絲的楊氏模量楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量，是工程技術(shù)上常用的參數(shù)，是工程技術(shù)人員選擇材料的重要依據(jù)之一。條形物體（如鋼絲）沿縱向的彈性模量叫楊氏模量。測(cè)量材料楊氏模量方法很多，其中最基本的方法有伸長(zhǎng)法和彎曲法。伸長(zhǎng)法一般采用拉伸法，其采用的具體測(cè)量方法有光杠桿放大法和顯微鏡直讀法；彎曲法包括靜態(tài)彎曲法和動(dòng)態(tài)彎曲法。本實(shí)驗(yàn)采用拉伸法當(dāng)中的顯微鏡直讀法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 熟悉米尺和千分尺的使用，掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法；2. 學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)；3. 了解CCD成像系統(tǒng)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】YWC-III楊氏模量測(cè)定儀、鋼卷尺、千分尺、水準(zhǔn)儀和0

2、.1kg、0.2kg的砝碼若干。楊氏模量測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)如圖4-2-1所示。 (a)學(xué)生實(shí)驗(yàn)配置 (b)教學(xué)演示配置圖4-2-1楊氏模量測(cè)定儀1.金屬絲支架S為金屬絲支架，高約1.30m，可置于實(shí)驗(yàn)桌上，支架頂端設(shè)有金屬絲夾持裝置，金屬絲長(zhǎng)度可調(diào)，約77cm，金屬絲下端的夾持裝置連接一小方塊，方塊中部的平面上有細(xì)十字線供讀數(shù)用，小方塊下端附有砝碼盤(pán)。支架下方還有一鉗形平臺(tái)，設(shè)有限制小方塊轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置（未畫(huà)出），支架底腳螺絲可調(diào)。2.讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡M用來(lái)觀測(cè)金屬絲下端小圓柱中部平面上細(xì)橫線位置及其變化，目鏡前方裝有分劃板，分劃板上有刻度，其刻度范圍0-8mm,分度值0.01mm，每隔1mm刻一數(shù)

3、字。H1為讀數(shù)顯微鏡支架。3.CCD成像、顯示系統(tǒng)（作為示教儀）CCD黑白攝像機(jī)：靈敏度：最低照度0.2Lux；CCD接在顯微鏡目鏡與電視顯示器上。H2為CCD黑白攝像機(jī)支架?！緦?shí)驗(yàn)原理】物體在外力作用下，總會(huì)發(fā)生形變。當(dāng)形變不超過(guò)某一限度時(shí)，外力消失后形變隨之消失，這種形變稱為彈性形變。發(fā)生彈性形變時(shí)，物體內(nèi)部產(chǎn)生恢復(fù)原狀的內(nèi)應(yīng)力。本實(shí)驗(yàn)中形變?yōu)槔煨巫儯唇饘俳z僅發(fā)生軸向拉伸形變。設(shè)金屬絲長(zhǎng)為L(zhǎng)，橫截面積為S，沿長(zhǎng)度方向受一外力F后金屬絲伸長(zhǎng)L。單位橫截面積上的垂直作用力F/S稱為正應(yīng)力，金屬絲的相對(duì)伸長(zhǎng)量L/L稱為線應(yīng)變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在彈性形變范圍內(nèi)，正應(yīng)力與線應(yīng)變成正比，即 (4-2

4、-1)式中的比例系數(shù)稱為楊氏模量,不同材料的Y值一般不同。從式4-2-1可以看出，當(dāng)單位橫截面上的外力一定時(shí)，相對(duì)伸長(zhǎng)量愈大，則Y值愈小，亦即材料抵抗形變的能力愈小。式4-2-1中，外力F為所增加砝碼的重力，橫截面積S通過(guò)測(cè)鋼絲直徑d可計(jì)算出來(lái)，鋼絲長(zhǎng)度L可用卷尺測(cè)量出來(lái)。鋼絲微小的形變量L的測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)采用讀數(shù)顯微鏡放大后直接測(cè)量?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.在砝碼盤(pán)上加一0.1kg砝碼，將鋼絲拉直(此砝碼質(zhì)量不計(jì)入拉力F之內(nèi))。調(diào)節(jié)楊氏模量測(cè)量架的底腳螺絲，借助水準(zhǔn)儀，將平臺(tái)調(diào)平。2.調(diào)節(jié)顯微鏡下的磁性表座到合適的位置，使顯微鏡光軸與金屬絲下端的夾持裝置上的白色小方塊垂直。3.調(diào)節(jié)顯微鏡基座上的前后調(diào)

5、節(jié)螺釘，直到能夠通過(guò)顯微鏡目鏡清晰的看到小方塊上的讀數(shù)基準(zhǔn)“十”字線；4.調(diào)節(jié)顯微鏡上的目鏡，直到能夠通過(guò)顯微鏡目鏡清晰的看到分劃板刻度線。5.顯微鏡的調(diào)節(jié)方法是：先調(diào)節(jié)基座上的左右調(diào)節(jié)螺釘，并配合轉(zhuǎn)動(dòng)千分尺手輪，使得“十”字線的橫線位于分劃板雙橫線之間，并使分劃板上的“”形線中心與“十”字線中心重合。顯微鏡的讀法是，目鏡中分劃板標(biāo)尺讀數(shù)（毫米刻度，經(jīng)過(guò)了顯微鏡放大）加上千分尺讀數(shù)。6.每增加一個(gè)0.2kg砝碼，轉(zhuǎn)動(dòng)千分尺手輪，使得“十”字線的橫線再次位于分劃板雙橫線之間，記下相應(yīng)讀數(shù)x，直到記錄8個(gè)數(shù)據(jù)。然后逐次減少砝碼，每減少1個(gè)砝碼，按本操作方式操作記下相應(yīng)讀數(shù)。7.用鋼卷尺測(cè)鋼絲長(zhǎng)度L

6、一次；選鋼絲不同的位置用千分尺測(cè)3次直徑d(先檢查并記錄千分尺的零點(diǎn)誤差)。8.用逐差法處理數(shù)據(jù)，即將8個(gè)數(shù)據(jù)分成xa和xb兩組，對(duì)應(yīng)的相差4個(gè)砝碼的數(shù)據(jù)作差(n=4)，得出一組xi(i=1,2,3,4)，求出平均值。9.根據(jù)式4-2-1計(jì)算出金屬絲的楊氏模量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?！咀⒁馐马?xiàng)】1. 加砝碼時(shí)，輕拿輕放；2. 讀數(shù)前，應(yīng)用手輕輕約束砝碼盤(pán)的振動(dòng)，使標(biāo)尺數(shù)值靜止時(shí)再讀數(shù)；【數(shù)據(jù)記錄】砝碼質(zhì)量 表一：形變量的測(cè)量 砝碼數(shù)砝碼數(shù)(mm)平均值(mm)增加砝碼時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)值(mm)減少砝碼時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)值(mm)平均(mm)增加砝碼時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)值(mm)減少砝碼時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)值(mm)平均(mm)15263748表二：鋼絲直徑d和長(zhǎng)度L的測(cè)量 測(cè)量次數(shù)di (mm) (mm)L (mm)123【數(shù)據(jù)處理】參考以下步驟：由：， 其中：， ， .計(jì)算1. =2. 計(jì)算的不確定度：標(biāo)準(zhǔn)偏差： ， 不確定度： ，y為讀數(shù)顯微鏡的誤差限值，y=0.005mm。3.計(jì)算Y的相對(duì)不確定度和總不確定度。，