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1、杨氏模量的测量杨氏模量的测量杨氏模量的测量杨氏模量的测量大学物理实验大学物理实验内内 容容实验目的实验目的1实验仪器实验仪器2实验原理实验原理3实验内容和步骤实验内容和步骤4数据记录和处理数据记录和处理5实验目的实验目的v学习用静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量学习用静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量v学习和掌握运用显微镜测量微小长度变化学习和掌握运用显微镜测量微小长度变化的原理和方法的原理和方法v掌握显微镜的调节和使用方法掌握显微镜的调节和使用方法v学会用逐差法处理数据学会用逐差法处理数据v进行测量结果的不确定度分析进行测量结果的不确定度分析实验仪器实验仪器杨氏模量测定仪杨氏模量测定仪读数显微镜装置
2、读数显微镜装置砝码砝码螺旋测微计螺旋测微计米尺米尺 实验原理实验原理1 1、杨氏模量的物理意义杨氏模量的物理意义：描述材料抵抗形变能力：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。的物理量，该值越大，材料越不容易变形。式中式中S S 为金属丝横截面积为金属丝横截面积L为金属丝的长度为金属丝的长度 L为其受拉力为其受拉力F后的伸长量后的伸长量应变应变杨氏模量定义为：杨氏模量定义为：应力应力金属丝横截面积金属丝横截面积S S：杨氏模量定义为：杨氏模量定义为：式中金属丝原长式中金属丝原长l 可由米尺测量，可由米尺测量，钢丝直径钢丝直径d 可可用螺旋测微仪测量，外力用螺旋测微仪测量，外力
3、mg 可由实验中钢丝下可由实验中钢丝下面悬挂的砝码的重力给出，而面悬挂的砝码的重力给出，而l是一个微小长度是一个微小长度变化量。变化量。d为细铁丝的为细铁丝的直径直径 实验原理实验原理杨氏模量仪示意图杨氏模量仪示意图1.上梁夹板上梁夹板 2.上梁水平调节镙钮上梁水平调节镙钮 3.金属细丝金属细丝 4.立柱立柱 5.防摆动装置调节镙钮防摆动装置调节镙钮 6.十字叉丝板十字叉丝板 7.砝码盘砝码盘 8.望远镜筒锁紧镙钮望远镜筒锁紧镙钮 9.望远镜筒望远镜筒 10.支架锁紧镙钮支架锁紧镙钮 11.磁性底座磁性底座 12.螺旋底脚螺旋底脚 实验原理实验原理2 2、显微镜测量微小长度变化、显微镜测量微小
4、长度变化 在杨氏模在杨氏模量实验测量仪量实验测量仪悬垂的金属丝悬垂的金属丝下端连着一个下端连着一个十字架叉丝板，十字架叉丝板，用显微镜进行用显微镜进行测量时，就是测量时，就是通过显微镜的通过显微镜的刻划板与十字刻划板与十字叉丝的横线的叉丝的横线的关系测出来的。关系测出来的。十字叉丝实验内容和步骤实验内容和步骤1 1、调节仪器：、调节仪器：先调节底脚螺丝，使仪器底座水平，再用上先调节底脚螺丝，使仪器底座水平，再用上梁的微调旋钮调节夹板的水平，直到穿过夹板的梁的微调旋钮调节夹板的水平，直到穿过夹板的细丝不靠贴小孔内壁。然后调节下梁一侧的防摆细丝不靠贴小孔内壁。然后调节下梁一侧的防摆动装置，将两个螺
5、丝分别旋进铅直细丝下连接框动装置，将两个螺丝分别旋进铅直细丝下连接框两侧的两侧的“V”V”形槽，并与框体之间形成两个很小的形槽，并与框体之间形成两个很小的间隙，以便能够上下自由移动，又能避免发生扭间隙，以便能够上下自由移动，又能避免发生扭转和摆动现象。转和摆动现象。2 2、观察金属丝伸长变化、观察金属丝伸长变化实验内容和步骤实验内容和步骤 将显微镜筒装到支架上，插入磁性座，紧将显微镜筒装到支架上，插入磁性座，紧靠定位板直边。按显微镜工作距离大致确定物靠定位板直边。按显微镜工作距离大致确定物镜与被测十字叉丝屏的距离之后，用眼睛对准镜与被测十字叉丝屏的距离之后，用眼睛对准镜筒，转动目镜，对分划板调
6、焦，然后沿定位镜筒，转动目镜，对分划板调焦，然后沿定位板微移磁性座，在分划板上找到十字叉丝像，板微移磁性座，在分划板上找到十字叉丝像，经磁性座升降微调，使微尺分划板的零线对准经磁性座升降微调，使微尺分划板的零线对准十字叉丝的横线，并微调目镜，尽量消除视差。十字叉丝的横线，并微调目镜，尽量消除视差。最后锁住磁性底座。因显微镜成倒像，所以待最后锁住磁性底座。因显微镜成倒像，所以待测细丝受力伸长时，视场内的十字叉丝向上移测细丝受力伸长时，视场内的十字叉丝向上移动；细丝回缩时，叉丝向下移动。动；细丝回缩时，叉丝向下移动。2 2、观察金属丝伸长变化、观察金属丝伸长变化实验内容和步骤实验内容和步骤 记下待
7、测细丝下的砝码盘加记下待测细丝下的砝码盘加100g100g砝码时，目镜砝码时，目镜中显示的毫米尺在十字叉丝横丝上的读数中显示的毫米尺在十字叉丝横丝上的读数，以后在以后在砝码盘上每增加一个砝码盘上每增加一个m=200g m=200g 的砝码，从屏上读取的砝码，从屏上读取一次数据。然后逐一减掉砝码，又从屏上读取一组一次数据。然后逐一减掉砝码，又从屏上读取一组数据，将所得数据记录在以下的数据表格中。数据，将所得数据记录在以下的数据表格中。次数次数i0123456789（g）10030050070090011001300150017001900尺尺像像读读数数mm增加砝码增加砝码减少砝码减少砝码平均值
8、平均值使用逐差法计算并求出平均值 (2)(2)在金属丝上选不同部位用螺旋测微计测量在金属丝上选不同部位用螺旋测微计测量d d3 3、测量金属丝长度、测量金属丝长度l，金属丝直径，金属丝直径d。实验内容和步骤实验内容和步骤(1)(1)用钢卷尺测量用钢卷尺测量l4 4、计算杨氏模量计算杨氏模量E E及不确定度及不确定度 。5 5、用作图法验证胡克定律。用作图法验证胡克定律。注意事项注意事项1 1、在增加砝码的时候，应该轻拿轻放，尽、在增加砝码的时候，应该轻拿轻放，尽量不使金属丝摆动。量不使金属丝摆动。2 2、注意维护金属丝的平直状态，在用螺旋测、注意维护金属丝的平直状态，在用螺旋测微计测量其直径时勿将其扭折，如果作实验前微计测量其直径时勿将其扭折，如果作实验前发现金属丝略有弯折，可在砝码盘上先加上一发现金属丝略有弯折，可在砝码盘上先加上一定量的本底砝码（约几百克），使它在伸直的定量的本底砝码（约几百克），使它在伸直的状态下开始做实验。状态下开始做实验。3 3、在测完上表数据后，应先测值、在测完上表数据后，应先测值l，再测其它量。，再测其它量。不确定度评定不确定度评定不确定度不确定度传递公式：公式：质量：金属丝长度：直径：金属丝伸长量：测量结果表示测量结果表示: