大学物理实验杨氏模量

,目的,原理,仪器,步骤,报告要求,实验目的,掌握用伸长法测量金属丝杨氏模量的方法,理解光杠杆测量长度微小变化的原理,学会用逐差法处理数据,进行测量结果的不确定度分析,杨氏模量是,描述材料抵抗形变能力的物理量，该值越大，材料越不容易变形，是工程设计的重要参数。,第,1,页,/,共,15,页,实验原理,胡克定律：物体在弹性形变阶段，其应力和应变成正比关系，比例系数称为弹性模量。,纵向应力和纵向应变的比为,杨式模量,1,、杨式模量：,第,2,页,/,共,15,页,实验目的,第,3,页,/,共,15,页,2,、钢丝杨式模量的测量方法：,实验原理,L:,是一个微小长度变化量，本实验利用,光杠杆,的光学放大作用实现对金属丝微小伸长量,L,的间接测量。,d,：,为细铁丝的,直径,，可用螺旋测微仪测量,F :,可由实验中钢丝下面悬挂的砝码,的重力给出,L,：,可由米尺测量,思考,:,为什么,d,要用,螺旋测微仪量,L,由米尺测量,?,第,4,页,/,共,15,页,实验原理,光杠杆常数,b,光杠杆的光学放大原理,第,5,页,/,共,15,页,光杠杆的光学放大原理,实验原理,D,b,L,叫光杠杆放大率,将微小的伸长量,L,放大为竖尺上的位移,l,第,6,页,/,共,15,页,思考,:,为什么,d,要用,螺旋测微仪量,L,由米尺测量,?,在传播公式中，影响比较显著,所以选择精度高的仪器,实验原理,关于仪器选择,:,砝码,卷尺,卷尺,千分尺,卡尺,米尺,测量范围,相对不却定度,第,7,页,/,共,15,页,尺读望远镜组：,测量时，望远镜水平地对准光杠杆镜架上的平面反射镜，经光杠杆平面镜反射的标尺虚象又成实象于分划板上，从两条视距线上可读出标尺像上的读数。,实验原理,望远镜物镜,标尺,底座,调焦手轮,目镜,第,8,页,/,共,15,页,实验仪器,杨氏模量测定仪,螺旋测微计,(,仪器误差： ）,游标卡尺,(,仪器误差： ）,米尺,(,仪器误差： ）,砝码,(,仪器误差： ）,标尺,(,仪器误差： ）,待测金属丝,第,9,页,/,共,15,页,实验步骤,1,、调节仪器：,调节光杠杆和望远镜：,（,1,）调整望远镜水平,光杠杆平面镜竖直,（,2,）调整望远镜与光杠杆平面镜高度相同,（,3,）沿望远镜外侧边沿上方使凹口、瞄准星面镜在同一直线上，左、右移动望远镜在镜子里找到竖直尺的像,;,若找不到,可微调镜子的角度,直到找到为止。,（,4,）旋动望远镜目镜,使十字叉丝清晰,;,再旋,动聚焦手轮,直到看清竖直尺的像。,第,10,页,/,共,15,页,逐次加一个砝码，在望远镜中读对应标尺的位置，共,7,次；然后将所加砝码逐次去掉，并读取相应读数。,2,、记录金属丝伸长变化,实验步骤,加砝码,减砝码,平均值,1,2,3,4,平均,用差逐法计算每增减,4,个砝码，钢丝的伸长量,第,11,页,/,共,15,页,(2),在钢丝上选不同部位用螺旋测微计测量,d,（测,5,次）,3,、测量金属丝长度,L,、平面镜与竖尺之间的距离,D,，金属丝直径,d,，光杠杆常数,b,。,(1),用钢卷尺测量,L,和,D,（,L,、,D,测一次）,(3),取下光杠杆在展开的白纸上同时按下三个尖脚的位置，用直尺作出光杠杆后脚尖到前两尖脚连线的垂线，用游标卡尺测出,b,实验步骤,第,12,页,/,共,15,页,1,、实验系统调好后，一旦开始测量,r,i,，在实验过程中不能对系统的任何一部分进行调整，否则，所有数据将重新再测。,2,、加减砝码时要轻拿轻放，系统稳定后才能读取刻度尺，读数过程中不要按压桌面。,3,、光杠杆后脚尖不能接触钢丝。,注意：,实验步骤,4,、注意维护钢丝的平直状态,在钢丝两端夹点外测量直径,避免伸长部分扭折。,第,13,页,/,共,15,页,例：测量金属丝直径,5,次测量值分别为，螺旋仪器仪器误差 为,0.004mm,次数,1,2,3,4,5,平均值,0.488,0.490,0.489,0.492,0.490,0.490,0.002,0.000,0.001,0.002,0.000,第,14,页,/,共,15,页,2,、计算,E,：,测量结果的相对不确定度,3,、规范表示测量结果,4,、回答问题,(,思考题,),第,15,页,/,共,15,页,