用拉伸法测钢丝杨氏模量——实验报告

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1、用拉伸法测钢丝杨氏模量——实验报告【实验目的】★�8�4基本要求◆�8�4提高要求1、学习用拉伸法测定钢丝的杨氏模量；2、掌握光杠杆测量的微小变化的原理；3、学习逐差法处理数据；4、学习测量结果的不确定度评定；5、了解望远镜的结构及原理；6、会用图解法提出粗差；7、了解选择测量仪器的理论依据；8、写出完整的实验报告。1、设计用计算机测绘实验图线并用计算机进行数据分析和处理；2、设计杠杆发测固体热胀系数的实验方案；3、设计动态法测定杨氏模量的实验方案。【实验仪器】杨氏弹性模量测定仪；光杠杆；望远镜及直尺；千分尺；游标卡尺；米尺；待测钢丝；砝码等。【实验原理】1.杨氏弹性模量Y是材料在

2、弹性限度内应力与应变的比值，即 杨氏弹性模量反映了材料的刚度，是度量物体在弹性范围内受力时形变大小的因素之一，是表征材料机械特性的物理量之一。2.光杠杆原理 伸长量Δl比较小，不易测准，本实验利用了光杠杆的放大原理对Δl进行测量。 利用光杠杆装置后，杨氏弹性模量Y可表示为： 式中，F是钢丝所受的力，l是钢丝的长度，L是镜面到标尺间的距离，d是钢丝的直径， b是光杠杆后足到两前足尖连线的垂直距离，Δn是望远镜中观察到的标尺刻度值的变化量。3.隔项逐差法隔项逐差法为了保持多次测量优越性而采用的数据处理方法。使每个测量数据在平均值内都起到作用。本实验将测量数据分为两组，每组4个，将两组对

3、应的数据相减获得4个Δn，再将它们平均，由此求得的Δn 是F 增加4千克力时望远镜读数的平均差值。【实验步骤】1．调整好杨氏模量测量仪，将光杠杆后足尖放在夹紧钢丝的夹具的小圆平台上，以确保钢丝因受力伸长时，光杠杆平面镜倾斜。2．调整望远镜。调节目镜，使叉丝位于目镜的焦平面上，此时能看到清晰的叉丝像；调整望远镜上下、左右、前后及物镜焦距，直到在望远镜中能看到清晰的直尺像。3．在钢丝下加两个砝码，以使钢丝拉直。记下此时望远镜中观察到的直尺刻度值，此即为n0值。逐个加砝码，每加1个，记下相应的直尺刻度值，直到n7，此时钢丝下已悬挂9个砝码，再加1个砝码，但不记数据，然后去掉这个砝码，记下

4、望远镜中直尺刻度值，此为n7’，逐个减砝码，每减1个，记下相应的直尺刻度值，直到n0’。4.用米尺测量平面镜到直尺的距离L；将光杠杆三足印在纸上，用游标卡尺测出b；用米尺测量钢丝长度l；用千分尺在钢丝的上、中、下三部位测量钢丝的直径d，每部位纵、横各测一次。5.测量完毕，整理各量具和器具。【数据记录和处理】1.望远镜中标尺读数砝码重量 （千克力）标尺读数隔项逐差值 加砝码时减砝码时平均2.00   3.00   4.00   5.00   6.00   7.00   8.00   9.00   Δn=mm 提示：①标尺的平均差值Δn是力F=4千克力时对应的标尺变化值，F取40牛顿。

5、②把B类不确定度当作总不确定度，并取Δ仪=0.1/5=0.2mm，则u（Δn）=0.12mm。2.单次测量L、b、l 。 测量值(mm)Δ仪(mm)不确定度(mm)相对不确定度%L(mm)    b(mm)    l(mm)    注：米尺取最小刻度的1/5为仪器误差，不确定度 �0�23.钢丝直径d的测量。测量工具：千分尺，最小刻度为0.01mm，取其1/5为Δ仪=0.002mm测量部位上中下平均测量方向纵向横向纵向横向纵向横向 d （mm）                      设，则A类不确定度 ；B类不确定；总不确定度 所以，，相对不确定度 。 4.杨氏模量Y的计算 相

6、对不确定度：总不确定度： ；实验结果标准形式：【思考与讨论】1.杨氏模量是材料的机械特性之一，只要材料的成份组成一定，不论其长度和粗细如何，其值一定。2.杨氏模量是一个简接测量量，计算公式较繁杂，在计算时一定要细心，并要特别留意各简接测量量的量纲，以获得正确的结果。3.实验应在望远镜调好的条件下，先测Δn，依次测L、b、l，d，否则有可能在整个实验过程中实验条件发生变化，致使实验结果不正确。