楊氏模量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱： 金屬絲楊氏模量的測定 學(xué)院： 食品學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：食品科學(xué)與工程152班 學(xué)生姓名： 彭超 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓B106 座位號(hào)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 第四周星期二下午十六點(diǎn)開始 1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)會(huì)測量楊氏模量的一種方法，掌握“光杠桿鏡”測量微小長度變化的原理 2.學(xué)會(huì)用“對稱測量”消除系統(tǒng)誤差 3.學(xué)習(xí)如何依實(shí)際情況對各個(gè)測量進(jìn)行誤差估算 4.練習(xí)用逐差法、作圖法處理數(shù)據(jù)二、實(shí)驗(yàn)原理：在外力作用下，固體材料所發(fā)生的形狀變化稱之為形變。形變分為彈性形變和范性形變。如果加在物體上的外力停止作用后，物體能

2、完全恢復(fù)原狀的形變稱之為彈性形變；如果加在物體上的外力停止作用后，物體不能完全恢復(fù)原狀的形變稱之為范性形變。     在許多種不同的形變中，伸長（或縮短）形變是最簡單、最普遍的形變之一。本實(shí)驗(yàn)是針對連續(xù)、均勻、各向同性的材料做成的絲，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。設(shè)細(xì)絲的原長為L，橫截面積為S，兩端受拉力(或壓力)F后，物體伸長(或縮短)。而單位長度的伸長量稱為應(yīng)變，單位橫截面積所承受的力稱為應(yīng)力。根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，即式中比例系數(shù)E稱為楊氏彈性模量，簡稱楊氏模量。實(shí)驗(yàn)證明，楊氏模量與外力F、物體的長度L和截面積S的大小無關(guān)，而只

3、決定于物體的材料。楊氏模量是表征固體材料性質(zhì)的一個(gè)重要物理量，是選定機(jī)械構(gòu)件材料的依據(jù)之一。 由上式得在國際單位制(SI)中，E的單位為實(shí)驗(yàn)證明，楊氏模量與外力F、物體長度L和橫截面積S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(gè)物理量設(shè)金屬絲的直徑為d，則而是一個(gè)微小長度變化（在此實(shí)驗(yàn)中 ，當(dāng)L時(shí)，F(xiàn)每變化g相應(yīng)的約為0.3）。因此，本實(shí)驗(yàn)利用光杠桿的光學(xué)放大作用實(shí)現(xiàn)對鋼絲微小伸長量的間接測量。上圖是光杠桿鏡測微小長度變化量的原理圖。左側(cè)曲尺狀物為光杠桿鏡，M是反射鏡，b為光杠桿鏡短臂的桿長，D為光桿桿平面鏡到尺的距離，當(dāng)加減砝碼時(shí)，b邊的另一端則隨被測鋼

4、絲的伸長、縮短而下降、上升，從而改變了M鏡法線的方向，使得鋼絲原長為時(shí)，從一個(gè)調(diào)節(jié)好的位于圖右側(cè)的望遠(yuǎn)鏡看M鏡中標(biāo)尺像的讀數(shù)為；而鋼絲受力伸長后，光杠桿鏡的位置變?yōu)樘摼€所示，此時(shí)從望遠(yuǎn)鏡上看到的標(biāo)尺像的讀數(shù)變?yōu)椤＿@樣，鋼絲的微小伸長量，對應(yīng)光杠桿鏡的角度變化量，而對應(yīng)的光杠桿鏡中標(biāo)尺讀數(shù)變化則為。由光路可逆可以得知，A對光杠桿鏡的張角應(yīng)為。從圖中用幾何方法可以得出：將兩式聯(lián)立后得式中，相當(dāng)于光杠桿鏡的長臂端D的位移叫做光杠桿的放大倍數(shù)，由于，所以，從而獲得了對微小量的線性放大，提高了的測量精度這種測量方法被稱為放大法。由于該方法具有性能穩(wěn)定、精度高，而且是線性放大等優(yōu)點(diǎn)，所以在設(shè)計(jì)各類測試儀器

5、中有著廣泛的應(yīng)用考慮到金屬絲受外力作用時(shí)存在著彈性滯后效應(yīng)，也就是說鋼絲受到拉伸力作用時(shí)，并不能立即伸長到應(yīng)有的長度，而只能伸長到。同樣,當(dāng)鋼絲受到的拉伸力一旦減小時(shí)，也不能馬上縮短到應(yīng)有的長度，僅縮短到。因此實(shí)驗(yàn)時(shí)測出的并不是金屬絲應(yīng)有的伸長或收縮的實(shí)際長度。為了消除彈性滯后效應(yīng)引起的系統(tǒng)誤差，測量中應(yīng)包括增加拉伸力以及對應(yīng)地減少拉伸力這一對稱測量過程，實(shí)驗(yàn)中可以采用增加和減少砝碼的辦法實(shí)現(xiàn)。只要在增、減相應(yīng)重量時(shí)，金屬絲伸縮量取平均，就可以消除滯后量的影響。即 3、 實(shí)驗(yàn)儀器：楊氏模量儀測量儀；螺旋測微器；游標(biāo)尺；鋼卷尺和米尺；望遠(yuǎn)鏡（附標(biāo)尺）。（1） 調(diào)節(jié)測定儀支架螺絲，使支架

6、豎直，使夾頭剛好穿過平臺(tái)上的圓孔而不會(huì)與平臺(tái)發(fā)生摩擦（2） 將杠桿后尖腳置于夾頭上，兩尖腳置于平臺(tái)凹槽上（3） 調(diào)節(jié)光杠桿與望遠(yuǎn)鏡、米尺中部在同一高度上（4） 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的位置或光杠桿鏡面仰角，直至眼睛在望遠(yuǎn)鏡目鏡附近能直接（不通過望遠(yuǎn)鏡筒）從光杠桿鏡面中觀察到標(biāo)尺中部的像（5） 細(xì)微調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡方位和仰角調(diào)節(jié)螺絲，直至望遠(yuǎn)鏡上缺口與準(zhǔn)星連線粗略對準(zhǔn)光杠桿鏡面（6） 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡調(diào)焦旋鈕，直至在望遠(yuǎn)鏡中能看清叉絲。 （7） 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的物鏡調(diào)焦旋鈕直至在望遠(yuǎn)鏡中能看清整個(gè)鏡面。（如果只能看到部分鏡面，應(yīng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)節(jié)螺絲，直至看到整個(gè)鏡面）。 （8） 繼續(xù)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的物

7、鏡調(diào)焦旋鈕，直至在望遠(yuǎn)鏡中能看清標(biāo)尺中部讀數(shù)。 （9） 如果只有部分標(biāo)尺清楚，說明只有部分標(biāo)尺聚焦，應(yīng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)節(jié)螺絲直至視野中標(biāo)尺讀數(shù)完全清楚。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：（1）用2kg砝碼掛在鋼絲下端鋼絲拉直，調(diào)節(jié)楊氏模量儀底盤下面的3個(gè)底腳螺絲，同時(shí)觀察放在平臺(tái)上的水準(zhǔn)尺，直至中間平臺(tái)處于水平狀態(tài)為止。 （2）調(diào)節(jié)光杠桿鏡位置。將光桿鏡放在平臺(tái)上，兩前腳放在平臺(tái)橫槽內(nèi)，后腳放在固定鋼絲下端圓柱形套管上（注意一定要放在金屬套管的邊上，不能放在缺口的位置），并使光杠桿鏡鏡面基本垂直或稍有俯角，如圖6-1所示。 （3）望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)。將望遠(yuǎn)鏡置于距光桿鏡2m左右處，松開

8、望遠(yuǎn)鏡固定螺釘，上下移動(dòng)使得望遠(yuǎn)鏡和光杠桿鏡的鏡面基本等高。從望遠(yuǎn)鏡筒上方沿鏡筒軸線瞄準(zhǔn)光杠桿鏡面，移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡固定架位置，直至可以看到光杠桿鏡中標(biāo)尺的像。然后再從目鏡觀察，先調(diào)節(jié)目鏡使十字叉絲清晰，最后緩緩旋轉(zhuǎn)調(diào)焦手輪，使物鏡在鏡筒內(nèi)伸縮，直至從望遠(yuǎn)鏡里可以看到清晰的標(biāo)尺刻度為止。 （4）觀測伸長變化。以鋼絲下掛2kg砝碼時(shí)的讀數(shù)作為開始拉伸的基數(shù)，然后每加上1kg砝碼，讀取一次數(shù)據(jù), 這樣依次可以得到n,n,n,n,n,n,n,n, 這是鋼絲拉伸過程中的讀數(shù)變化。緊接著再每次撤掉1kg砝碼，讀取一次數(shù)據(jù)，依次得到，這是鋼絲收縮過程中的讀數(shù)變化。 注意：

9、加、減砝碼時(shí)，應(yīng)輕放輕拿，避免鋼絲產(chǎn)生較大幅度振動(dòng)。加（或減）砝碼后，鋼絲會(huì)有一個(gè)伸縮的微振動(dòng)，要等鋼絲漸趨平穩(wěn)后再讀數(shù)。 （5）測量光杠桿鏡前后腳距離b。把光杠桿鏡的三只腳在白紙上壓出凹痕，用尺畫出兩前腳的連線，再用游標(biāo)卡尺量出后腳到該連線的垂直距離（用最小分度為1.0mm的小鋼尺測量行否？有效位數(shù)夠嗎？）。 （6）測量鋼絲直徑。用螺旋測微計(jì)在鋼絲的不同部位測35次，取其平均值。測量時(shí)每次都要注意記下數(shù)據(jù)，螺旋測微計(jì)的零位誤差。 （7）測量光杠桿鏡鏡面到望遠(yuǎn)鏡附標(biāo)尺的距離D。用鋼卷尺量出光杠桿鏡鏡面到望遠(yuǎn)鏡附標(biāo)尺的距離，作單次測量，并估計(jì)誤差（卷尺從空中直接拉直測量，在2m長的范圍內(nèi)因中間下垂引起的誤差。從鏡面到標(biāo)尺，這兩頭各應(yīng)從何算起？能對準(zhǔn)嗎？如何估算上述誤差？）。 （8）用米尺測量鋼絲原長L0，測單次（測量的起訖點(diǎn)各在哪里？能用米尺直接比較測量嗎？若不能，如何估算誤差？你想到誤差界這個(gè)概念了嗎？）。 （9）實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)： 鋼絲的兩端一定要夾緊，一來減小系統(tǒng)誤差，二來避免砝碼加重后拉脫而砸壞實(shí)驗(yàn)裝置。 在測讀伸長變化的整個(gè)過程中，不能碰動(dòng)望遠(yuǎn)鏡及其安放的桌子，否則重新開始測讀。 被