杨氏弹性模量实验的改进

杨氏弹性模量测定实验的改进班级 ：姓名： 学号：伸长法测定杨氏模量是一个传统的物理实验,在仪器的调整和实验数据处理方面对培 养学生的实验技能有着重要的作用,但也是一个难度较大的力学实验.在保持实验数据处理 方法不变的前提下,我对仪器进行了改进,改进后的实验装置不仅操作简单,测量数据也更精 确。1 实验的理论分析杨氏弹性模量的实验原理是在外力作用下，固体产生的弹性变化，应变随力的增加而增 加，当应力不太大时，应变与应力成正比，其中与应变成正比的最大应力叫做该材料的比例 极限。于是胡克定律可表述为F/S二E* 5 L/L;E=FL/S 5 L;测出F,L,S,5L后，就可以算出杨氏弹性模量由于光学实验的仪器十分精密，微小的震动和倾斜都会造成实验失准，数据不精确，导 致最终的结果不确定度较大，因此我在实验中增加一些东西希望能够改进实验的准确度。根据实验原理，负荷为零时，实验装置应满足三个条件：(1)光杠杆的三个足要在同一 水平面上；(2)光杠杆镜面与标尺平行且铅直；(3)光杠杆镜面法线与望远镜光轴水平且重合。 光杠杆平面镜和望远镜均为手动调节，目测后分别固定。学生调节光杠杆镜面与标尺平行且 铅直时有困难，平面镜法线与望远镜光轴水平也难以实现，这样入射光线和反射光线就不在 同一水平面内。望远镜视野很小，常常是反射光不能进入望远镜，初次操作的学生往往花费 很长时间却找不到标尺的像。有的学生通过努力调节观测到，当测量一两组数据后。标尺的 像就偏出望远镜的视野，又要重新调节。还有，由于砝码钩挂在圆柱形夹具上，加减砝码时 造成的晃动和震动干扰观测和读数(这个我没找到解决方案，你想想)2. 实验的改进水平仪平面镜1. 首先对光杠杆加以改进如图所示，将平面镜固定在平台上，让镜面与平台 平面垂直，平台装两个可调螺丝，组成光杠杆，把光杠杆放在水平面上，然后 把水平仪放在光杠杆上，调节光杠杆的可凋螺丝，使光杠杆的三足在同一水平 面。2. 其次，对望远镜和标尺稍加改进，在望远镜镜和标尺之间装一个指针，在标尺 上标示光轴位置。调节仪器时，只要在望远镜中读到的初始读数m是指针所在位 置，光杠杆镜面法线与望远镜光轴就变成水平且重合。3. 由于杨氏弹性模量是测量微小位移的实验，因此支架刚性同样会影响到实验的 数据，所以我在支架上添加支柱，使支架更加稳定，减少支架形变对实验的影 响。4. 实际上，100N的力远不足以导致实验所用的金属丝产生范性形变但加砝码时 动作太猛,瞬时的冲力可能超过其弹性极限,造成金属丝的一个不可逆的伸长, 产生“增重时形变大”的假象，使得5L很大，为此我建议在实验的过程中添加 一些缓冲设施，诸如泡沫等。3. 实验装置的调整(1) 实验装置组装好以后，把水平仪前面两个足放在杨氏模量仪的平台上，后足放在金 属丝悬挂的重锤上，适当调符，使杨氏模量仪立柱铅直，光杠杆上水平仪水平。这样实验装 置满足了第一项标准：光杠杆的三个足在同一水平面上。(2) 将望远镜的立柱底座水平放置，则标尺基本铅直，进一步可以用重锤线来判断标尺 是否铅直。这样实验装置满足了第二项标准：光杠杆镜面与标尺平行且铅直。(3) 通过目测，使望远镜镜身基本水平。并与光杠杆平面镜等高。4. 望远镜读数调节(1) 粗调，在望远镜上方向光杠杆镜面观察，同时移动望远镜的立柱底座，直到看到镜 子中有标尺的像，并使像在镜子中央，让望远镜上瞄准用的两个准星与像三点一线。注意， 通过望远镜观察标尺成像时，一定要先粗调，在望远镜上方看到标尺成像以后才进行下面的 微调。(2) 调节望远镜焦距，直到在望远镜中看清光杠杆镜子的表面轮廓，并使望远镜镜头与 镜面轮廓重合。(3) 调节望远镜焦距，直至看到标尺上的读数。微调俯仰螺丝使望远镜中水平叉丝与标 尺上指针与重合那么望远镜中读到的初始读数n就是指针所指的数字，实验装置满足了第 三项标准：光杠杆镜面法线与望远镜光轴水平且重合。实验装置改进以后，实验条件容易保证，通过优化仪器调试方法，操作及读数变得更加简单， 可有效减小上述的误差,增加了实验的可靠性,提高了测量精度。结论伸长法测定杨氏模量是一个传统的物理实验,在仪器的调整和实验数据处理方面对培养 学生的实验技能有着重要的作用,但也是一个难度较大的力学光学实验.在保持实验数据处 理方法不变的前提下,对仪器进行了改进,改进后的实验装置不仅原理科学,简洁直观而且准 确度高。通过此次论文撰写我体会到了更多书本上的没有学到的东西，查找了很多资料学习到了 很多没有涉及到的知识,杨氏弹性模量的测量使我对精密实验测量有了更深层次的认识，学 会了些将微小位移放大的方法，希望在以后的学习中能够从中获得经验使我对物理实验有更 深层次的理解