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1、大学物理实验拉伸法测金属丝的杨氏模量 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望返回返回【实验目的】1.掌握用静态拉伸法测定金属丝杨氏模量 的方法。2.学习使用光杠杆测微小长度变化的原理和方法，学会使用望远镜。3.学会使用逐差法处理数据。【实验仪器实验仪器】杨氏模量仪、光杠杆、砝码、米尺（或钢卷尺）、螺旋测微计、游标卡尺、望远镜尺组等。图一图一【实验原理实验原理】物体在外力作用下发生形状大小的变化，称为形变。它可分为弹性形变和塑性形变两类。在本实验中，只研究弹
2、性形变。最简单的形变是金属丝或棒受到沿纵向外力作用后所引起的长度的伸长或缩短，拉伸法就是研究这种简单弹性形变的方法。1基本原理设有一根长为L、粗细均匀的钢丝，截面积为S，在外力F的作用下伸长L。根据胡克定律，在弹性限度内，应变与应力成正比，即 (1)式中比例系数E叫做杨氏弹性模量杨氏弹性模量。若钢丝的直径为d，则 ，所以 (2)在SI制中，E的单位为 。2 2光杠杆镜尺法测微小伸长量，测量原理如图光杠杆镜尺法测微小伸长量，测量原理如图所示。所示。光杠杆镜尺法是一种利用光学原理把微小长度光杠杆镜尺法是一种利用光学原理把微小长度的变化加以放大后，再进行测量的方法。的变化加以放大后，再进行测量的方法
3、。图(二)设起始状态标尺上的测量读数为设起始状态标尺上的测量读数为 n1n1，当待测当待测钢丝受力作用而伸长时，光杠杆后脚随之下钢丝受力作用而伸长时，光杠杆后脚随之下降，杠杆架和镜面偏转降，杠杆架和镜面偏转角，反射线转过角，反射线转过 2 2角，此时标尺读数为角，此时标尺读数为n2 n2，则有则有 由于由于很小很小,所以有所以有 消去消去,得得 (3)(3)式中式中,n-n0=n。将式(3)代入式(2)中，得 本实验使钢丝伸长的力F是砝码作用在钢丝上的重力mg,因此,杨氏弹性模量的测量公式为 (4)(5)(5)注注意意:式式中中,n n与与m m有有对对应应关关系系。如如果果m m是是1 1个
4、个砝砝码码的的质质量量,n n应应是是荷荷重重增增(或或减减)1)1个个砝砝码码所所引引起起的的光光标标偏偏移移量量;如如果果n n是是荷荷重重增增(或或减减)4)4个个砝砝码码所所引引起起的的光光标标偏偏移移量量,m m就就应应是是4 4个砝码的质量。个砝码的质量。【实验内容和要求实验内容和要求】1.1.杨氏模量仪的调整(1)调节支架底座螺丝,使底座水平(观察底座上的水准仪)。(2)将光杠杆放在平台上，两前足放在平台前面的横槽内，后足放在活动金属丝夹具上，但不可与金属丝相碰调整平台的上下位置，使光杠杆前后足位于同一水平面上。2.光杠杆及望远镜尺组的调节 (1)外观对准 将望远镜尺放在离光杠杆
5、镜面约为1.52.0 m处，并使二者在同一高度。调整光杠杆镜面与平台面垂直。望远镜成水平，标尺与望远镜光轴垂直。（2）镜外找像 从望远镜上方沿镜筒方向观察光杠杆镜面，应看到镜面中有标尺的像。若没有标尺的像，可左右移动望远镜尺组或微调光杠杆镜面的垂直程度，直到能观察到标尺像为止。只有这时来自标尺的入射光才能经平面镜反射到望远镜内。（3）镜内找像 先调望远镜目镜，看清叉丝后，再慢慢调节物镜，直到看清标尺的像。（4）细调 观察到标尺像后，再仔细地调节目镜和物镜，使既能看清叉丝又能看清标尺像，且没有视差。3.测量 采用等增量测量法.（1）记录望远镜中尺像的初读数及每增重1kg后的读数。（2）依次减少砝
6、码（如每次1kg），并记录每次相应的读数.用逐差法计算望远镜中尺像读数的平均改变量及其不确定度。（3）用钢卷尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D和金属丝的长度L。（4）用钢板尺测出光杠杆后足到两前足连线的垂直距离b。（5）选择金属丝的不同位置，多次测量金属丝的直径d，求其平均值。4.计算金属丝的杨氏模量及其不确定度，表示出测量结果。【注意事项】1 1光杠杆和望远镜尺组一经调好，在实验中不得再移光杠杆和望远镜尺组一经调好，在实验中不得再移动，否则测量数据无效，应重新测量。动，否则测量数据无效，应重新测量。2.2.加减砝码时动作要平稳加减砝码时动作要平稳,勿使砝码托摆动。否则将会勿使砝码托摆动。否则将会
7、导致光杠杆后足尖发生移动。并在每次增减砝码后，等金导致光杠杆后足尖发生移动。并在每次增减砝码后，等金属丝完全不晃动时才能读数。属丝完全不晃动时才能读数。3.3.在测量过程中，不能碰动各仪器。增加砝码时应将在测量过程中，不能碰动各仪器。增加砝码时应将砝码缺口交叉放置。（为什么？）砝码缺口交叉放置。（为什么？）4.4.对测得的一组对测得的一组 n n 值值,如果如果 n n 不按比例增减，应分不按比例增减，应分析原因后重新测量。析原因后重新测量。5.5.用千分尺测用千分尺测d d时，应先检查零点读数，并记录零点误时，应先检查零点读数，并记录零点误差。要求对不同位置处测差。要求对不同位置处测6 6次
8、。次。次数荷重增重读数减重读数平均值增4KG数变化03kg14kg25kg36kg47kg58kg69kg710kg【思考题思考题】1.在什么情况下可以用逐差法处理数据？逐差法处理数据有哪些优点?2.本实验若不用逐差法处理数据，如何用作图法处理数据?3.分析本实验测量中哪个量的测量对E的结果影响最大？你对实验有何改进建议？4.用望远镜观察标尺的读数，不仅调节困难，而且会造成眼睛疲劳，如何用一个市售的激光指示器来替换望远镜，仍能实现对微小长度量的放大测量？5本实验中，各个长度量用不同的仪器来测定，是怎样考虑的？为什么？6分析本实验测量中哪个量的测量对E的结果影响最大？如何进一步改进？7.千分尺的读数。（eg.下图）返回返回 结束