提高型物理實(shí)驗(yàn)

1、提高型物理實(shí)驗(yàn)提高型物理實(shí)驗(yàn)楊氏彈性模量的測定楊氏彈性模量的測定 制作：張萍制作：張萍一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼霉飧軛U測量微小長度變化的原理掌握用光杠桿測量微小長度變化的原理和方法和方法復(fù)習(xí)相關(guān)長度測量工具的使用復(fù)習(xí)相關(guān)長度測量工具的使用學(xué)習(xí)用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 描述固體材料抵抗性變能力的重要物理量是楊氏模量，描述固體材料抵抗性變能力的重要物理量是楊氏模量，它反映了材料彈它反映了材料彈 性形變與內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系，它是選擇機(jī)械構(gòu)性形變與內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系，它是選擇機(jī)械構(gòu)件材料的依據(jù)，是工程技術(shù)中常用的參數(shù)之一件材料的依據(jù)，是工程技術(shù)中常用的參數(shù)之一 。

2、（1） E 楊氏模量，固有屬性，取決于材料楊氏模量，固有屬性，取決于材料 F/S 應(yīng)力；應(yīng)力； L/L 應(yīng)變；應(yīng)變； F、S、L易測易測 L不易測，采用不易測，采用光杠桿法光杠桿法 光杠桿原理光杠桿原理: 用光學(xué)轉(zhuǎn)換放大的方法來測量微小長度變化，用光學(xué)轉(zhuǎn)換放大的方法來測量微小長度變化，即將很難測量的即將很難測量的L 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為易于測量的標(biāo)尺讀數(shù)差為易于測量的標(biāo)尺讀數(shù)差n 。FFLLLSLFLLSFE.測量楊氏模量的原理公式測量楊氏模量的原理公式LF SEL4NNLAD b 24dSxbdFLDE216二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理LDK 直尺直尺望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡目鏡目鏡物鏡物鏡y0y鋼絲鋼絲砝碼盤砝碼盤

3、L2y物鏡調(diào)節(jié)旋紐物鏡調(diào)節(jié)旋紐光杠桿光杠桿二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)幾何關(guān)系，根據(jù)幾何關(guān)系，很容易由很容易由yy可以可以得到得到LL。LKDy2稱為光杠桿的放大稱為光杠桿的放大率。率。KD2兩個支點(diǎn)兩個支點(diǎn)“力力”點(diǎn)點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理?xiàng)钍夏Ａ繙y量儀三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器望遠(yuǎn)鏡鏡組望遠(yuǎn)鏡鏡組三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器螺旋測微器螺旋測微器鋼卷尺鋼卷尺 測量時(shí)須用棘輪。測量者轉(zhuǎn)動螺桿時(shí)對被測物施加壓力的大小，會直接影響測量的準(zhǔn)確。當(dāng)測微螺桿端面與被測物接近時(shí)，應(yīng)旋轉(zhuǎn)棘輪，直至接觸上被測物時(shí)，棘輪自動打滑，發(fā)出嗒嗒聲，此時(shí)立即停止旋轉(zhuǎn)棘輪，進(jìn)行讀數(shù)。 5.738mm三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器

4、調(diào)節(jié)底角調(diào)節(jié)底角螺絲，使螺絲，使氣泡居中氣泡居中氣泡氣泡底角螺絲底角螺絲調(diào)平：圓形水準(zhǔn)器的水泡需居中。調(diào)平：圓形水準(zhǔn)器的水泡需居中。四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)整測量系統(tǒng)調(diào)整測量系統(tǒng) 望遠(yuǎn)鏡鏡筒和光杠桿鏡面等高；望遠(yuǎn)鏡鏡筒和光杠桿鏡面等高； 望遠(yuǎn)鏡上側(cè)目測平面鏡中直尺；望遠(yuǎn)鏡上側(cè)目測平面鏡中直尺； 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，看清望遠(yuǎn)鏡中叉絲調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，看清望遠(yuǎn)鏡中叉絲 及標(biāo)尺度。及標(biāo)尺度。四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 直尺直尺望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡目鏡目鏡物鏡物鏡鋼絲鋼絲砝碼盤砝碼盤物鏡調(diào)節(jié)旋紐物鏡調(diào)節(jié)旋紐光杠桿光杠桿地面地面移動望遠(yuǎn)鏡支架，移動望遠(yuǎn)鏡支架，在望遠(yuǎn)鏡上側(cè)能看在望遠(yuǎn)鏡上側(cè)能看到平面鏡中直尺。到平面鏡中直尺。瞄

5、準(zhǔn)平面鏡，調(diào)節(jié)瞄準(zhǔn)平面鏡，調(diào)節(jié)目鏡、物鏡，看清目鏡、物鏡，看清望遠(yuǎn)鏡中叉絲和平望遠(yuǎn)鏡中叉絲和平面鏡中直尺刻度。面鏡中直尺刻度。準(zhǔn)星準(zhǔn)星四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟物鏡物鏡準(zhǔn)準(zhǔn)星星目鏡目鏡物鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦掄掄調(diào)節(jié)目鏡調(diào)節(jié)目鏡看清叉絲看清叉絲 調(diào)節(jié)物鏡調(diào)節(jié)物鏡看清標(biāo)尺刻度看清標(biāo)尺刻度用鋼卷尺測出調(diào)節(jié)反射鏡至標(biāo)尺的距離用鋼卷尺測出調(diào)節(jié)反射鏡至標(biāo)尺的距離D, D=0.3cm ；鋼絲長度用鋼卷尺測，測裸金屬絲的長度即鋼絲長度用鋼卷尺測，測裸金屬絲的長度即可，可，L=0.2cm。取下光杠桿取下光杠桿 ，將其在白紙上輕按一下，即可，將其在白紙上輕按一下，即可得到其三個支點(diǎn)的位置。通過作圖，量出等得到其三個支點(diǎn)的

6、位置。通過作圖，量出等腰三角形的高腰三角形的高b, b=0.05cm ；測量鋼絲直徑使用螺旋測微器，選擇金屬絲測量鋼絲直徑使用螺旋測微器，選擇金屬絲上、中、下三處測量，且每處都在相互垂直上、中、下三處測量，且每處都在相互垂直 的方向各測一次，共測六組數(shù)據(jù)，求其平均的方向各測一次，共測六組數(shù)據(jù)，求其平均值。值。 四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)處理：逐差法數(shù)據(jù)處理：逐差法 實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)中m=5Kg。如果采用多次測量，以。如果采用多次測量，以5次計(jì)次計(jì)算，一次加算，一次加5 5塊，加塊，加5 5次，得到數(shù)據(jù)次，得到數(shù)據(jù)y0.y1.y2y5，取平均后得到取平均后得到55)()()(05451201yyyy

7、yyyyy 從上式可以看到，一方面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沒有得到從上式可以看到，一方面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沒有得到充分的利用。另一方面，砝碼加得太多，可能會充分的利用。另一方面，砝碼加得太多，可能會對鋼絲產(chǎn)生永久性破壞。采用逐差法就可以避免對鋼絲產(chǎn)生永久性破壞。采用逐差法就可以避免上述情況的發(fā)生上述情況的發(fā)生五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析 在本實(shí)驗(yàn)中，砝碼是一塊一塊加的，也不需在本實(shí)驗(yàn)中，砝碼是一塊一塊加的，也不需要加要加2525塊砝碼，只要加塊砝碼，只要加9 9塊砝碼就可以達(dá)到塊砝碼就可以達(dá)到5 5次測次測量的效果。量的效果。y0y1y3y5y7y9y2y4y8y5y3y2y4y6y1逐差法示意圖逐差法

8、示意圖五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析 直接測量的物理量直接測量的物理量yy；d d；D D；K K；L L 的誤差的誤差必然會引起楊氏模量必然會引起楊氏模量E E 的誤差。實(shí)驗(yàn)中要求計(jì)算的誤差。實(shí)驗(yàn)中要求計(jì)算直接測量量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，再運(yùn)用誤差傳遞公式計(jì)直接測量量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，再運(yùn)用誤差傳遞公式計(jì)算楊氏模量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，寫出最后結(jié)算楊氏模量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，寫出最后結(jié)EE。 d： d1、d2d10 y：y1、y2y5ddyyD D；K K；L L 均為單次測量，根據(jù)實(shí)際情況，它們的均為單次測量，根據(jù)實(shí)際情況，它們的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)偏差分別規(guī)定為

9、mmcmcmKLD02. 0;2 . 0;5 . 0誤差傳遞公式誤差傳遞公式222224KLDydEKLDydE 最后結(jié)果最后結(jié)果EEE參考實(shí)驗(yàn)結(jié)果參考實(shí)驗(yàn)結(jié)果 E=2.001011N/m2五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析次數(shù)次數(shù)拉力示拉力示數(shù)數(shù)/kg標(biāo)尺讀數(shù)標(biāo)尺讀數(shù)/mm逐差值逐差值/mm加載加載減載減載平均平均014.00N1=n5-n0115.00N2=n6-n1216.00N3=n7-n2317.00N4=n8-n3418.00N5=n9-n4519.00N平均平均620.00SN721.00D= 0.3cm822.00L= 0.2cm923.00b= 0.05 cm五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析五、數(shù)據(jù)處理與誤差分析d 次數(shù)次數(shù)測量值測量值123456Sdd/mm222?(mm)ddS 儀1儀1221 6?( N /m)F L DEdb N? %EE2?(N/m )EEEE2?(N/m )EE 儀1=0.005mm 儀2=0.5mm F=5kg F= 0.01kg222?(mm)NNS 儀2儀2 = ? mm 六、注意事項(xiàng)六、注意事項(xiàng)零點(diǎn)修正值零點(diǎn)修正值 的記錄；的記錄；同一位置處記兩次標(biāo)尺讀數(shù)；同一位置處記兩