《弯曲法测量杨氏模量》课件_王艳东.doc

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1、杨氏模量的测量朕背景介绍杨氏模量(Young‘smodulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量。1807年因英国医生兼物理学家托马斯杨(ThomasYoung,1773-1829)所得到的结果而命名。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理,杨氏模量的大小标志了材料的刚性。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义，还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。背景介绍杨氏模量的定义：反映

2、材料应变(即单位长度变化量)与物体内部应力(即单位面积所受到的力的大小)之间关系的物理量，反映材料的抗拉或抗压能力。背景介绍测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等，还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量杨氏模量。科学家介绍——托马斯杨托马斯杨（ThomasYoung，1773～1829）英国物理学家、考古学家、医生，光的波动说的奠基人之一。1773年6月13日生于米尔弗顿，1829年5月10日在伦敦逝世。杨自幼天资过人，14岁就通晓拉丁、希腊、法、意、希伯莱、波斯、阿拉伯

3、等多种语言，一生在物理、化学、生物、医学、天文、哲学、语言、考古等广泛的领域作了大量工作。1801年杨通过著名的杨氏双缝实验，首先引入干涉概念论证了波动说，又利用波动说解释了牛顿环的成因和薄膜的彩色。他还第一个测量了7种颜色光的波长。实验目的1、掌握基本长度和微小位移量测量的方法，学习游标卡尺、千分尺等常用长度测量仪器的使用；2、熟悉霍尔位置传感器的特性；3、弯曲法测量铁的杨氏模量；4、学会用逐差法、作图法处理数据。实验原理1.梁弯曲的情况下，杨氏模量可以用下式表示为两刀口间的距离；为所加砝码的质量；为梁的厚度；为梁的宽度；为梁中心由于外力作用而下降的

4、距离。实验原理定义：一块半导体薄片处于垂直于它的磁场B中，当通以电流I时，则在垂直于B、I方向上产生霍耳电势差，这种现象称为霍耳效应。如果保持霍尔元件的电流不变，而使其在一个均匀梯度的磁场中移动时，则输出的霍尔电势差变化量为：输出信号测量仪器千分尺游标卡尺霍耳元件霍耳位置传感器杨氏模量测量仪实验仪器1、调试步骤：（1）将铜横梁放在刀口上，调节三维调节架的上下前后位置的调节螺丝，使传感器探测元件处于磁铁中间位置。（2）用水准器观察是否在平衡位置，若偏离可用底座螺丝调节到水平位置。（3）调节霍耳位置传感器的毫伏表。磁铁盒可上下调节，调节螺丝使磁铁上下移动，

5、当毫伏表读数值很小时，停止调节并固定螺丝，最后调节零电位器使毫伏表读数为零。（4）调节读数显微镜，使眼睛观察十字线及分划板刻度线和数字清晰。然后移动读数显微镜前后位置，使能清晰看到铜刀上的基线。转动读数显微镜的鼓轮使刀口架上的基线与读数显微镜内十字刻度线重合，记下初始读数值。2、霍尔位置传感器的定标（铜）：（1）检查杠杆的水平、刀口的垂直、挂砝码的刀口处于梁中间，要防止外加风的影响，杠杆安放在磁铁的中间，注意不要与金属外壳接触；（2）逐次增加砝码，每次增加10.00g，相应从读数显微镜读出梁中心的位置（mm）及毫伏表的读数（mV），记录数据。3、样品杨

6、氏模量的测量（铁）：（1）更换铁横梁样品，测量横梁两刀口间的距离d（一次测量）；横梁的宽度b（一次测量）；在横梁不同的位置测量其厚度a（6次测量取平均值）。（2）逐次增加砝码，每次增加10.00g，记录毫伏表的读数（mV）。4、用逐差法计算霍尔传感器的灵敏度K，并计算铁横梁样品在不同外力下降的距离△z和杨氏模量Y。实验内容数据记录数据处理数据处理注意事项1.加放砝码时动作一定要轻，千万不能碰动铜刀架。2.用读数显微镜测量时，刀口架不能晃动。3.霍耳片一定要垂直放置在磁场的中心轴上。思考题