物理创新实验课件

,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,双臂电桥测杨氏模量,双臂电桥测杨氏模量,1,实验目的,：,1.用双臂电桥测量金属丝的微小应变,从而计算出杨氏模量,并与传统的测量进行比较,使一个单纯的力学实验转化成一个综合性较强的基础实验.,2.加深对杨氏模量的认识，熟悉双臂电桥测量法。,3.学会用多种方法测量杨氏模量。,实验目的：1.用双臂电桥测量金属丝的微小应变,从而计算出杨氏,2,实验仪器：,螺旋测微器、砝码若干、绝缘线、检流计、米尺、电源、金属丝、导线若干。,实验仪器：螺旋测微器、砝码若干、绝缘线、检流计、米尺、电源、,3,实验原理：,1.创新实验：由于导体的电阻与材料的电阻率以及它的几何尺寸(长度和截面)有关,导体在承受机械变形过程中，三者都要发生变化,因而引起导体电阻发生变化。通过计算电阻率与长度变化计算出杨氏模量。,2.传统实验：在金属丝的应力改变时,利用光杠杆测量微小的应变。,实验原理：1.创新实验：由于导体的电阻与材料的电阻率以及它的,4,3.电阻率的测量：,1.双臂电桥：双臂电桥（又称开尔文电桥）是根据惠斯登电桥原理改进而成，它能够较好地消除或减小连接导线的电阻和接触电阻带来的影响，适合于测量阻值小的低电阻。,3.电阻率的测量：1.双臂电桥：双臂电桥（又称开尔文电桥）,5,2 双臂电桥原理图,在图1中，当惠斯登电桥平衡时，有,但是电路中共有12根导线和A,B,C,D共4个接点，虽然由A，C点到电源和由B，D点到检流计的导线电阻可并入电源和检流计的“内阻”里，对测量结果没有影响，可是另8根导线和4个接点的电阻将会影响测量结果。,1 惠斯通电桥,2 双臂电桥原理图在图1中，当惠斯登电桥平衡时，有 1,6,为了消除上述附加电阻的影响，可以采用图12-4的电路。将A到Rx和C到RN的导线尽量缩短，最好缩短为零，使点A直接与RX相接,点C直接与RN相接。要消去A，C点的接触电阻，进一步又将点A分成A1，A2两点，C点分成C1，C2两点，使A1，C1点的接触电阻并入电源的内阻，A2，C2点的接触电阻并入R1，R2的电阻中。但图1中为消除B点的接触电阻和由B点到RX及由B点到RN的导线电阻的影响，,为了消除上述附加电阻的影响，可以采用图12-4的电路。将A到,7,在线路中增加了R3，R4两个电阻，让B点移至跟R3，R4及检流计相连，这样就只剩下RX与RN电阻和相连的附加电阻了。同样，把RX和RN相连的两个接点各自分开，分成R1，R3和R2，R4四个接点，这时，R3，R4点的接触电阻并入到了附加的两个较高的电阻R3，R4中。将B1，B2点用粗导线相连，并设B3，B4间的联线电阻与接触电阻的总和为r。可以证明，适当调节R1，R2，R3，R4和RN的阻值，就可以消去附加电阻r对测量结果的影响。调节电桥平衡的过程，就是调节电阻R1，R2，R3，R4和RN，使检流计中的电流的过程。,在线路中增加了R3，R4两个电阻，让B点移至跟R3，R4及检,8,图2中,当电桥达到平衡，即检流计中的电流,I,g,=0时，通过R1，R2的电流相等，用,I,1,表示；通过R3,R4的电流相等，用,I,2,表示；通过R,X,和R,N,的电流相等，用,I,3,表示。因为B，D两点的电位相等，故有,图2中,当电桥达到平衡，即检流计中的电流Ig=0时，通过R,9,此时式(1)变为,联立求解得:,（1）,从式（1）可以看出，如果,或者,，则有,求得电阻，进而得到电阻率。,此时式(1)变为联立求解得:（1）从式（1）可以看出，如果,10,4.电阻的变化率和应变的关系,1.对于一初始长度为,L,初始横截面积为,S,电阻率为的金属丝,当金属丝受到轴向力,F,而被拉伸或压缩时,金属丝要产生形变,并使得电阻发生变化,:,R,/R,=L,/L,-2,d/d,+,/,(1),2.在金属丝单向受力状态下,横向收缩应变,d/d,与 轴向拉伸应变,L/L,的关系为,d/d,=-,L/L (,2,),（为导体金属材料的泊松比）,3.在金属丝温度不变时,电阻率的变化与其体积应 变相关,/=,C,V/V,.(3),4.电阻的变化率和应变的关系1.对于一初始长度为L,初始横,11,其中,C,是金属材料的常数,.,V/V,=,L/L,+2,d/d,=,(,1-2,),L/L.(4),4.通过,(,1,),-,(,4,),的联立求解,可得出:,R/R,=,(,1+2,),+,C(,1-2,),L/L.,其中定义金属丝的应变灵敏系数为,KS,=,(,1+2,),+,C(,1-2,).,R/R,=,Ks,L/L,即得：,电阻的变化率与拉伸应变成正比,.,其中C是金属材料的常数.,12,5.杨氏模量的公式导出：,F,/S,=,Y,L/L,4,g,m/,d,=,Y,R/KsR,Y,=4,gKs/,d,m/,n.（,n为检流计的格数变化）,2,2,5.杨氏模量的公式导出：F/S=YL/L22,13,实验步骤：,1.记录灵敏度K,S，,测金属丝原始长度L、直径d、零负载按图（2）连入电路，记录数据（表格自拟）得出电阻率。,2.断开开关，加重砝码（金属丝负载），再次测量直径，通电，记录数据（表格自拟），计算出电阻，进而求得,L。,3.重复步骤（2），纪律数据。,4.计算杨氏模量。,实验步骤：1.记录灵敏度KS，测金属丝原始长度L、直径d、零,14,数据处理：,按电测量方法,:,Y,=4,gKs/,d,2,m/,n,（,K,S,已知）,杨氏模量不确定度,:,先算,Y,/Y,=(,n/n),+(2,d/d),+(L,/L),2,2,2,数据处理：按电测量方法:222,15,注意事项：,1.第一次测量长度时是接入电路的原长。,2.测量金属丝直径和长度时要拉直。,3.数据要多测几组，提高准确性。,注意事项：1.第一次测量长度时是接入电路的原长。,16,树立质量法制观念、提高全员质量意识。,11月-24,11月-24,Friday,November 15,2024,人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。,09:26:55,09:26:55,09:26,11/15/2024 9:26:55 AM,安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。,11月-24,09:26:55,09:26,Nov-24,15-Nov-24,加强交通建设管理，确保工程建设质量。,09:26:55,09:26:55,09:26,Friday,November 15,2024,安全在于心细，事故出在麻痹。,11月-24,11月-24,09:26:55,09:26:55,November 15,2024,踏实肯干，努力奋斗。,2024年11月15日,9:26 上午,11月-24,11月-24,追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。,15 十一月 2024,9:26:55 上午,09:26:55,11月-24,按章操作莫乱改，合理建议提出来。,十一月 24,9:26 上午,11月-24,09:26,November 15,2024,作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。,2024/11/15 9:26:55,09:26:55,15 November 2024,好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。,9:26:55 上午,9:26 上午,09:26:55,11月-24,一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。,11月-24,11月-24,09:26,09:26:55,09:26:55,Nov-24,牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。,2024/11/15 9:26:55,Friday,November 15,2024,创新突破稳定品质，落实管理提高效率。,11月-24,2024/11/15 9:26:55,11月-24,谢谢大家！,树立质量法制观念、提高全员质量意识。9月-239月-23We,17,