拉伸法測(cè)定金屬楊氏模量

1、、概述、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、教學(xué)要求、重點(diǎn)與難點(diǎn)、預(yù)習(xí)思考題、思考與討論楊氏模量(Youngs modulus)是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量，它是沿縱向的彈性模量。1807年因英國(guó)醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯楊(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的結(jié)果而命名。根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個(gè)物理量，僅取決于材料本身的物理性質(zhì)。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。楊氏彈性模量是選定機(jī)械零件材料的依據(jù)之一是工程技術(shù)設(shè)計(jì)中常用的參數(shù)。楊氏模量的測(cè)定對(duì)研究金屬材料、光纖材料、半

2、導(dǎo)體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學(xué)性質(zhì)有著重要意義，還可用于機(jī)械零部件設(shè)計(jì)、生物力學(xué)、地質(zhì)等領(lǐng)域。測(cè)量楊氏模量的方法一般有拉伸法、梁彎曲法、振動(dòng)法、內(nèi)耗法等，還出現(xiàn)了利用光纖位移傳感器、莫爾條紋、電渦流傳感器和波動(dòng)傳遞技術(shù)（微波或超聲波）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法測(cè)量楊氏模量。 本實(shí)驗(yàn)用拉伸法測(cè)定金屬的楊氏模量，當(dāng)鋼絲受到外力拉伸時(shí)產(chǎn)生形變，使得鋼絲伸長(zhǎng)。根據(jù)胡克定律，在鋼絲的彈性限度內(nèi)，鋼絲的應(yīng)力與應(yīng)變成正比：。只要測(cè)出在受力為F時(shí)，鋼絲的伸長(zhǎng)量L就能求出鋼絲的楊氏模量了。 由于L是一個(gè)微小變化量，所以本實(shí)驗(yàn)用光杠桿放大系統(tǒng)來測(cè)量它。LLYSF、調(diào)整楊氏模量?jī)x使平臺(tái)水平(當(dāng)氣泡在水準(zhǔn)儀

3、的圓圈里即可)，并調(diào)整夾子C使它能上下自由伸縮，然后將光杠桿放好，調(diào)好鏡面的豎直度。、調(diào)整鏡尺組與光杠桿的距離，然后調(diào)整支架的位置使望遠(yuǎn)鏡與標(biāo)尺互為對(duì)稱。接著調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸的水平度，調(diào)節(jié)角度使鏡頭對(duì)準(zhǔn)鏡子，調(diào)節(jié)高度使它與鏡子等高，再調(diào)焦可以分別分別看到標(biāo)尺的像和鏡子的像。、結(jié)合調(diào)節(jié)目鏡和物鏡，使叉絲和標(biāo)尺的像同時(shí)清晰，然后調(diào)零。并記下短叉絲對(duì)應(yīng)的刻度值，即B的值，接著按照先加砝碼后減砝碼的順序測(cè)出不同受力狀態(tài)下的N值，經(jīng)檢查無誤之后，再用千分尺測(cè)出受力分別為kg和6kg時(shí)鋼絲上、中、下三個(gè)位置的d值、用卷尺測(cè)出鋼絲的長(zhǎng)度L的值、最后用游標(biāo)卡尺測(cè)出光杠桿的前后足的距離h的值，注意：要把光杠桿取下

4、來，壓在一張白紙上，壓出三個(gè)足痕，把前兩足的足痕連成線，后足描黑，卡尺的刀口一邊與前足連線重合，另一邊與后足重合，即可。對(duì)稱的調(diào)節(jié)千分尺使用之前應(yīng)千分尺使用之前應(yīng)先讀零點(diǎn)讀數(shù)，然后將先讀零點(diǎn)讀數(shù)，然后將測(cè)量值減去零點(diǎn)讀數(shù)才測(cè)量值減去零點(diǎn)讀數(shù)才是被測(cè)物體的真實(shí)值。是被測(cè)物體的真實(shí)值。同時(shí)要注意零點(diǎn)讀數(shù)的同時(shí)要注意零點(diǎn)讀數(shù)的正負(fù)。例如右下兩圖：正負(fù)。例如右下兩圖：左圖讀數(shù)為：左圖讀數(shù)為：0.062mm右圖讀數(shù)為：右圖讀數(shù)為：-0.013mm另外：測(cè)量時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)測(cè)砧面快接觸到被測(cè)樣品時(shí)一定要用棘動(dòng)輪，不能用微分筒。 下圖所示游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為12.3cm，游標(biāo)的讀數(shù)為0.096cm，所以測(cè)量值為

5、12.396cm 理解楊氏模量的物理意義 理解光杠桿法測(cè)量微小變化量的測(cè)量原理 掌握光杠桿放大系統(tǒng)裝置的調(diào)節(jié)方法 掌握用最小二乘法處理數(shù)據(jù) 用坐標(biāo)紙作出NF關(guān)系曲線圖 重點(diǎn)就是要掌握光杠桿放大系統(tǒng)的測(cè)量原理和裝置的調(diào)節(jié)方法。 難點(diǎn)是裝置的調(diào)節(jié)，克服的辦法是每一個(gè)調(diào)節(jié)步驟都要做到位。如果鏡面不豎直就無法調(diào)節(jié)對(duì)稱，而調(diào)節(jié)對(duì)稱要正確使用準(zhǔn)星；如果不對(duì)稱就無法在望遠(yuǎn)鏡中看到標(biāo)尺的像；另外，如果望遠(yuǎn)鏡沒有對(duì)好鏡子也無法看到標(biāo)尺的像。、在實(shí)驗(yàn)過程中我們采用先測(cè)量遞增負(fù)荷，再測(cè)遞減負(fù)荷，然后再求平均的方法得到N，可以消除什么誤差？、在用光杠桿法測(cè)量L的過程中，怎樣才能正確地迅速地從望遠(yuǎn)鏡中找到標(biāo)尺的像？、實(shí)驗(yàn)中如何判斷N的測(cè)量是否正確？、本實(shí)驗(yàn)