2025年材料力學(xué)性能測試楊氏模量測量研究報(bào)告

【試驗(yàn)?zāi)康摹?.1.掌握螺旋測微器的使用措施。2.學(xué)會(huì)用光杠桿測量微小伸長量。3.學(xué)會(huì)用拉伸法金屬絲的楊氏模量的措施?！驹囼?yàn)儀器】楊氏模量測定儀(包括：拉伸儀、光杠桿、望遠(yuǎn)鏡、標(biāo)尺),水準(zhǔn)器，鋼卷尺，螺旋測微器，鋼直尺。1、金屬絲與支架(裝置見圖1):金屬絲長約0.5米，上端被加緊在支架的上梁上，被夾于一種圓形夾頭。這圓形夾頭可以在支架的下梁的圓孔內(nèi)自由移動(dòng)。支架下方有三個(gè)可調(diào)支腳。這圓形的氣泡水準(zhǔn)。使用時(shí)應(yīng)調(diào)整支腳。由氣泡水準(zhǔn)判斷支架與否處在垂直狀態(tài)。這樣才能使圓柱形夾頭在下梁平臺的圓孔轉(zhuǎn)移動(dòng)時(shí)不受摩擦。2、光杠桿(構(gòu)造見圖2):使用時(shí)兩前支腳放在支架的下梁平臺三角形凹槽內(nèi)，后支腳放在圓柱形夾頭上端平面上。當(dāng)鋼絲受到拉伸時(shí)，伴隨圓柱夾頭下降，光杠桿的后支腳也下降，時(shí)平面鏡以兩前支腳為軸旋轉(zhuǎn)。3、望遠(yuǎn)鏡與標(biāo)尺(裝置見圖3):望遠(yuǎn)鏡由物鏡、目鏡、十字分劃板構(gòu)成。使用實(shí)現(xiàn)調(diào)整目鏡，使看清十字分劃板，在調(diào)整物鏡使看清標(biāo)尺。這是表明標(biāo)尺通過物鏡成像在分劃板平面上。由于標(biāo)尺像與分劃板處在同一平面，因此可以消除讀書時(shí)的視差(即消除眼睛上下移動(dòng)時(shí)標(biāo)尺像與十字線之間的相對位移)。標(biāo)尺是一般的米尺，但中間刻度為0?！驹囼?yàn)原理】1、胡克定律和楊氏彈性模量固體在外力作用下將發(fā)生形變，假如外力撤去后對應(yīng)的形變消失，這種形變稱為彈性形變。假如外力后仍有殘存形變，這種形變稱為塑性形變。應(yīng)力：單位面積上所受到的力(F/S)。應(yīng)變：是指在外力作用下的相對形變(相對伸長AL/L)它反應(yīng)了物體形變的大小。2、光杠桿鏡尺法測量微小長度的變化在(1)式中，在外力的F的拉伸下，鋼絲的伸長量△L是很小的量。用一般的長度測量儀器無法測量。在本試驗(yàn)中采用光杠桿鏡尺法。初始時(shí)，平面鏡處在垂直狀態(tài)。標(biāo)尺通過平面鏡反射后，在望遠(yuǎn)鏡中呈像。則望遠(yuǎn)鏡可以通過平面鏡觀測到標(biāo)尺的像。望遠(yuǎn)鏡中十字線處在標(biāo)尺上刻度為x?。當(dāng)鋼絲下降△L時(shí)，平面鏡將轉(zhuǎn)動(dòng)θ角。則望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺的像也發(fā)生移動(dòng)，十字線降落在標(biāo)尺的刻度為x;處。由于平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)θ角，進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的光線旋轉(zhuǎn)20角。從圖中看出望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺刻度的變化△n=n,-n??！驹囼?yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)】1、調(diào)楊氏模量測定儀底角螺釘，使工作臺水平，要使夾頭處在無障礙狀態(tài)。2、放上光杠桿，T形架的兩前足置于平臺上的溝槽內(nèi)，后足置于方框夾頭的平面上。微調(diào)工作臺使T形架的三足尖處在同一水平面上，并使反射鏡面鉛直。3、望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺架距離光杠桿反射平面鏡1.2～1.5m。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與反射鏡中心等高。調(diào)整對象為望遠(yuǎn)鏡筒。4、初步找標(biāo)尺的像：從望遠(yuǎn)鏡筒外側(cè)觀測反射平面鏡，看鏡中與否有標(biāo)尺的像。假如沒有，則左右移動(dòng)支架，同步觀測平面鏡，直到從中找到標(biāo)尺的像。5、調(diào)整望遠(yuǎn)鏡找標(biāo)尺的像：先調(diào)整望遠(yuǎn)鏡目鏡，得到清晰的十字叉絲；再調(diào)整調(diào)焦手輪，使標(biāo)尺成像在十字叉絲平面上。6、調(diào)整平面鏡垂直于望遠(yuǎn)鏡主光軸。7、記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺的初始讀數(shù)n。(不一定要零),再在鋼絲下端掛0.320kg砝碼，記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺讀數(shù)n?,后來依次加0.320kg,并分別記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺讀數(shù)，直到7塊砝碼加完為止，這是增量過程中的讀數(shù)。然后再每次減少0.320kg砝碼，并記下減重時(shí)望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺的讀數(shù)。數(shù)據(jù)登記表格見背面數(shù)據(jù)記錄部分。8、取下所有砝碼，用卷尺測量平面鏡與標(biāo)尺之間的距離R,鋼絲長度L,測量光杠桿常數(shù)b(把光杠桿在紙上按一下，留下三點(diǎn)的痕跡，連成一種等腰三角形。作其底邊上的高，即可測出b)。9、用螺旋測微器測量鋼絲直徑6次。可以在鋼絲的不一樣部位和不一樣的經(jīng)向測量。由于鋼絲直徑不均勻，截面積也不是理想的圓?！驹囼?yàn)注意事項(xiàng)】1、加減砝碼時(shí)一定要輕拿輕放，切勿壓斷鋼絲。2、使用千分尺時(shí)只能用棘輪旋轉(zhuǎn)。3、用鋼卷尺測量標(biāo)尺到平面鏡的垂直距離時(shí)，尺面要放平。4、楊氏模量儀的主支架已固定，不要調(diào)整主支架。5、測量鋼絲長度時(shí)，要加上一種修正值△L修，△L修是夾頭內(nèi)不能直接測量的一段鋼絲長度?！驹囼?yàn)數(shù)據(jù)處理】表一外力mg與標(biāo)尺讀數(shù)n;序號i01234567n序號I0123 次數(shù)123456合成不確定度：Ua=0.003(mm)因此：d=0.195±0.003(mm)此外L=(45.42+4.23)cm、R=131.20cm、b=7.40cm為單次測量，不考慮A類不確定度，它們的不確定度為：計(jì)算楊氏模量試驗(yàn)成果：Y=(1.69±0.06)×10【試驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)】1、望遠(yuǎn)鏡中觀測不到豎尺的像應(yīng)先從望遠(yuǎn)筒外側(cè)，沿軸線方向望去，能看到平面鏡中豎尺的像。若看不屆時(shí)，可調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的位置或方向，或平面反射鏡的角度，直到找到豎尺的像為止，然后，再從望遠(yuǎn)鏡中找到豎尺的像。2、叉絲成像不清晰。這是望遠(yuǎn)鏡目鏡調(diào)焦不合適的緣故，可慢慢調(diào)整望遠(yuǎn)鏡目鏡，使叉絲像變清晰。3、試驗(yàn)中，加減法時(shí)，測提對應(yīng)的數(shù)值反復(fù)性不好或規(guī)律性不好。(1)金屬絲夾頭未夾緊，金屬絲滑動(dòng)。(2)楊氏模量儀支柱不垂直，使金屬絲端的方框形夾頭與平臺孔壁接觸摩擦太大。(3)加馮法碼時(shí)，動(dòng)作不夠平穩(wěn)，導(dǎo)致光杠桿足尖發(fā)生移動(dòng)。(4)也許是金屬絲直徑太細(xì)，加砝碼時(shí)已超過彈性范圍?！驹囼?yàn)隨即提問】(1)根據(jù)Y的不確定度公式，分析哪個(gè)量的測量對測量成果影響最大。由實(shí)際測量出的量計(jì)算可知d和△n對Y的測量成果影響最大，因此測此二量尤應(yīng)精細(xì)。(2)可否用作圖法求鋼絲的楊氏模量，怎樣作圖。答：本試驗(yàn)不用逐差法，而用作圖法處理數(shù)據(jù)，也可以算出楊氏模量。由公式F為縱坐標(biāo)，與之對應(yīng)的n:為橫坐標(biāo)作圖。由上式可見該圖為一直線。從圖上求出直線的斜率，即可計(jì)算出楊氏模量。(3)怎樣提高光杠桿的敏捷度?敏捷度與否越高越好?答：由△L可知，為光杠桿的放大倍率。合適變化R和b,可以增長放大倍數(shù)，提高光杠桿的敏捷度，但這種敏捷度并非越高越好；由于成立的條件是平面鏡的轉(zhuǎn)角θ很小(θ≤2.5°),否則tg2θ≠2θ。要使θ≤2.5°,必