静态拉伸法测弹性模量实验报告

静态拉伸法测弹性模量实验报告弹性模量（亦称杨氏模量）是固体材料的一个重 要物理参数，它标志着材料对于拉伸或压缩形变的抵 抗能力。作为测定金属材料弹性模量的一个传统方法， 静态拉伸法在一起合理配置、误差分析和长度的放大 测量等方面有着普遍意义，但这种方法拉伸试验荷载 大，加载速度慢，存在弛豫过程，对于脆性材料和不 同温度条件下的测量难以实现。1 实验原理及仪器a中细叉丝对准的是 其对应的 设n距离， D光和可得胡克定律指出，对于有拉伸的弹性形镜面反射后的标尺上反射光的夹角为2a。K 为光杠杆的前后足之 镜面到标尺之间的距 小，所以有R，体，在弹性范围内，应力 与式中比例系数E称为材料写材料自身弹性的物理量改的弹性模 写上式则，即它是描代入式公式金2）可见，只要测量丝）的长度L和截面材料（本实验用积S,以及金属丝的长度F、量 ,就可以计算出弹性模量E。其中，F、d 为金实验调整将径的调节螺丝，使 台上，两前足铅直。平台前注意后长度微小变化量 的测量，这是一种非接触式的2.2L 都是比较容易测得的，唯有 很小，用 量具不易准确测量。本实验采用光杠杆镜尺组长度放大测量的方法。 本实验采用的主要实验仪器有： 弹性模量仪（如图 1）、光杠杆镜尺组（如图 2）、 螺旋测微器、米尺、砝码等。图 1 弹性模量测量装置 图 2 光杠杆 图 3 光杠杆放大原理 仪器调节好后，金属丝未伸长前，在望远镜中 可看到由平面镜反射的标尺的像，将望远镜的细叉 丝对准标尺的刻度，读出读数为R0；将砝码加在砝 码托上后，金属丝被拉长 ，光杠杆镜面向后倾 斜了a角.根据光的反射定律可知，此时在望远镜足不要与金在砝码托上金丝拉 是否能在平台的孔中上下 地滑动，金属丝是否被上下夹子夹紧 调节光杠杆镜尺组 望远镜镜尺组放在离光杠杆镜面约 1.5 m处，安放时尽量使望远镜和光杠杆的高度 相当，望远镜光轴水平，标尺和望远镜光 轴垂直。 调节望远镜时先从望远镜的外侧沿镜筒方 向观察，看镜筒轴线的延长线是否通过光 杠杆的镜面，以及镜面内是否有标尺的像。 若无，则可移动望远镜的三脚架并略微转 动望远镜，保持镜筒的轴线对准光杠杆的 镜面，直到镜筒上方能看到光杠杆镜内有 标尺的像为止。 调节望远镜的目镜，使镜筒内十字叉丝清 晰，再调节望远镜的调焦手轮，使标尺在 望远镜中成像清晰无视差。 仔细调节光杠杆小镜的倾角以及标尺的高 度，使尺像的零线(在标尺的中间)尽可 能落在望远镜十字叉丝的横线上。2.3 测量 轻轻依次将 1 kg 的砝码加到砝码托上，共 9 次。 记录每次从望远镜中测得的标尺像的读数R.。i 将所加的 9 kg 砝码轻轻地依次取下，记录每减少1 kg砝码时的R.o注意加减砝码时勿使砝码托摆动，各砝码缺口 交叉放置，以防倒落。2.4 处理数据实验数据 将测量中采集到的数据R0、RR9分成前后 两组，用逐差法处理数据，可得增减5kg砝码 时，望远镜中标尺像读数的变化量的平均值。 弹性模量 E 相对误差的计算3 实验数据及测量结果3.1 各单次测量量g=9.794m/s2DUD=84.50.5cmLUL=32.30.2cmKU =45.50.5mmK3.2 金属丝直径 d 的测量 螺旋测微器的初始读数= -0.056mm螺旋测微器的仪器误差表 1 金属丝直径 d测量次数钢丝直径d/(10-3m)10.74220.74530.73240.73850.74060.740平均值0.740修正初读数后0.796d 的标准差 Sddd的A类不确定度UAd的B类不确定度UBB0.004d的不确定度Udd0.006钢丝直径d=dUd0.796 0.0063.3望远镜中标尺像Ri的数据处理次数荷重/kg增重读数Ri/10 -2 m减重读数Ri/10 -2 m平均读数Ri/ 10 -2 mN 值/10 -2 m02.00000R = 00N1=R5-R013.0000.300.20R = 0.251=1.1824.0000.450.40R = 0.422N2=R6-R135.0000.700.70R = 0.703=1.2346.0000.900.98R = 0.944N3=R7-R257.0001.151.20R = 1.185=1.2968.0001.451.50R = 1.486N4=R8-R379.0001.701.72R =1*717=1.18810.001.801.95R =1.888N5=R9-R40=1.20911.002.102.18R =2.1490N 的平均值1.22N 的标准偏差 SN N 的 A 类不确定度 UA N 的 B 类不确定度 UBB0.03N 的不确定度 UN0.061.22 0.06表2望远镜中标尺像的数据处理3.4弹性模量E及其不确定度的计算由于是新仪器，公式改为：代入以上测量数据，得：不确定度的计算：