大学物理实验《用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量》

用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 一 实验目的 1 学会用光杠杆法测量杨氏弹性模量 2 掌握光杠杆法测量微小伸长量的原理 3 学会用逐差法处理实验数据 4 学会不确定的计算方法 结果的正确表达 5 学会实验报告的正确书写 二 实验仪器 杨氏弹性模量测量仪 型号见仪器上 包括望远镜 测量架 光杠杆 标尺 砝码 钢卷尺 0 200cm 0 1 游标卡尺 0 150mm 0 02 螺旋测微器 0 150mm 0 01 三 实验原理 在外力作用下 固体所发生的形状变化成为形变 它可分为弹性形变和塑性形变两种 本实验中 只研究金属丝弹性形变 为此 应当控制外力的大小 以保证外力去掉后 物 体能恢复原状 最简单的形变是金属丝受到外力后的伸长和缩短 金属丝长 截面积为 沿长度LS 方向施力 后 物体的伸长 则在金属丝的弹性限度内 有 FL FSE 我们把 称为杨氏弹性模量 如上图 2DntgxLnDxL 202n nxdFLDxLSFE 2841 四 实验内容 仪器调整 1 杨氏弹性模量测定仪底座调节水平 2 平面镜镜面放置与测定仪平面垂直 3 将望远镜放置在平面镜正前方 1 5 2 0m 左右位置上 4 粗调望远镜 将镜面中心 标尺零点 望远镜调节到等高 望远镜上的缺口 准星对准平面镜中心 并能在望远镜上方看到尺子的像 5 细调望远镜 调节目镜焦距能清晰的看到叉丝 并先调节物镜焦距找到平面 镜 然后继续调节物镜焦距并能看到尺子清晰的像 6 一般要求调节到零刻度 0n 测量 7 计下无挂物时刻度尺的读数 0n 8 依次挂上 的砝码 七次 计下 kg1 7654321 n 9 依次取下 的砝码 七次 计下 n 10 用米尺测量出金属丝的长度 两卡口之间的金属丝 镜面到尺子的距离 LD 11 用游标卡尺测量出光杠杆 用螺旋测微器测量出金属丝直径 xd 数据处理方法 逐差法 1 实验测量时 多次测量的算术平均值最接近于真值 但是简单的求一下平均 还是不能达到最好的效果 我们多采用逐差法来处理这些数据 2 逐差法采用隔项逐差 4 37261504 nnn 3 注 上式中的 为增重 的金属丝的伸长量 kg 五 实验数据记录处理 金属丝伸长量 cmAAA82 14 37261504 cmaSiin02 144 nA5 2 仪 金属丝直径 ddd60 64321 mSiin02 162 注意 为下表中第 5 列数据 nd5 2 仪 iA i mi kg 加砝码 减砝码 平均值 iiia 4不确定度 0 1 2 3 0 1 2 3 0 00 0 47 0 94 1 38 0 01 0 49 0 98 1 40 0 00 0 48 0 96 1 39 1 84 1 82 1 80 1 82 0 05 cmA 4 5 6 7 4 5 6 7 1 83 2 29 2 77 3 21 1 85 2 31 2 75 3 21 1 84 2 30 2 76 3 21 cmA 05 82 1 直径 未加载 加满载 0 601 0 601 0 599 0 599 平均值 0 600 mmd 0 601 0 601 0 600 0 600 不确定度 0 005 mmd d 上 d 中 d 下 0 602 0 601 0 596 0 598 mm 05 6 螺旋测微器零点读数 0 000 mm 游标卡尺零点读数 0 00mm 150 20 0 05 cm D 68 20 0 05 cmL其他数 据 76 60 0 02 mmx 结 果 表 达 2 04 0 13 E 102 mN百分差 3 2 以上各公式请把自己实际实验数据代入计算 为仪器误差值 根据实际测量所仪 用仪器查询 21232322 04 108 60 7 160 4 35898 mNAxdFLDE ExdL 22222 2222210 5 0 05 0 5 406816718 0 13 2 mN 参考值 0 0E12 mN 百分差 2 3100 214 10 24 1 110 E 六 实验注意事项及误差分析 此部分请同学根据自己实验情况写 勿抄袭 注意事项 1 光杠杆 望远镜和标尺所构成的光学系统一经调节好后 在实验过程中就不可 在移动 否则 所测的数据将不标准 实验又要重新开始 2 不准用手触摸目镜 物镜 平面反射镜等光学镜表面 更不准用手 布块或任 意纸片擦拭镜面 误差分析 3 实验测数据前没有事先放上去一个 砝码 将金属丝拉直 作为一个基准点 kg2 4 用游标卡尺在纸上测量 x 值和螺旋测微器测量读数时易产生误差 5 测量金属丝长度时没有找准卡口 6 米尺使用时常常没有拉直 且应该注意水平测量 D 铅垂测量 L 7 在加减砝码是应该注意轻放 避免摇晃 以上数据处理方法 结果表达方式可以参考 但并非 实验真实数据 请大家采用自己实验所得数据 切勿 抄袭结果