实验九测定金属的杨氏模量实验报告.pdf

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1、基础物理实验实验九测定金属的杨氏模量（CCD成像系统测定杨氏模量、梁的弯曲测定杨氏模量）实验报告学院：地球与空间科学学院姓名：1100012623张晓晨指导教师：郭婧晗时间：2012年10月31日一、目的要求(1)用金属丝的伸长测定杨氏模量；(2)用CCD成像系统测量微小长度变化；(3)用逐差法、作图法和最小二乘法处理数据。二、仪器用具本实验使用的主要仪器用具有：测定杨氏模量的专用支架，显微镜，CCD成像系统（CCD摄像机、监视器），米尺（带有卡口），螺旋测径器。相关测量仪器的量程与极限误差见表9-1.表9-1实验仪器规格仪器名称量程分度值允差游标卡尺125mm0.02mm±0.02m

2、m螺旋测径器0~25mm0.01mm±0.004mm米尺0~1.5m1mm±0.15cm电子天平0~2100g10mg±20mgCCD摄像机分划板0~6.5mm0.005mm±0.0005mm三、实验原理根据胡克定律材料在弹性限度内，正应力的大小σ与应变ε成正比，即σ=Eε（9.1）2式中的比例系数E称为弹性模量，又称杨氏模量，其单位为Pa，1Pa=1N/m。对于长为L、截面积为S的均匀金属丝或棒，在沿长度方向的外力F作用下伸长δL，有σ=F/S,ε=δL/L，带入式（9.1），则有FLE=（9.2）SδL利用式（9.2）测定杨氏模量的方法称为伸长法，式中F,S,L都比较容易测量；δL

3、是一个很小的长度变化，本实验使用电荷耦合器件（chargecoupledevice，简称CCD）成像系统直接测量，把从显微镜中看到的图像通过CCD呈现在监视器的屏幕上，便于观测。四、实验装置用伸长法测定杨氏模量装置如图9-1所示，包括以下几个部分：1、金属丝和支架S为金属丝的支架,高约110cm，可置于实验桌上，支架顶端设有金属丝悬挂装置，金属丝长度可调，约60cm~80cm，金属丝下端连接一小圆柱，圆柱中部的方形窗中有细横线供度数用，小圆柱外，有一钳形平台固定在支架上，设有限制小圆柱转动的装置（未画出），小圆柱下端附有砝码托。支架底脚螺丝可调。2、显微镜s12VCCMDH2H1Mon

4、itor图9-1CCD系统测定杨氏模量示意图显微镜M用来观测金属丝下端小圆柱中部的方形窗中细横线位置及其变化，总放大率为25倍，目镜距10mm。目镜前方装有分划板，其刻度范围为0~6.5mm，分度值为0.05mm，每隔1mm刻一数字。H为显微镜支架。13、CCD成像、显示系统（1）CCD黑白摄像机：像单元数542(H)×582(V)；灵敏度：最低照度≤0.2Lux；分辨率≥380TV线，定焦镜头：f=16mm，CCD专用12V直流电源。（2）黑白视频监视器：屏幕尺寸23mm，800TV线，输入阻抗75Ω。（3）CCD摄像机支架H。2以上显微镜及CCD成像显示系统的总放大率为62.5。五

5、、实验内容图9-2CCD成像系统测定杨氏模量实验装置图1、认识和调节仪器（1）调支架S铅直（用底脚螺丝调节），使金属丝下端的小圆柱与钳形平台间无摩擦的上下自由移动，旋转金属丝上端夹具，使圆柱两侧刻槽对准钳形平台两侧限制圆柱转动的小螺丝；两侧同时对称的将限转螺丝旋入圆柱刻槽中部，并注意调整后将摩擦减至最小。在加减砝码时，要继续注意减小摩擦。（2）先调显微镜目镜，用眼睛看到清晰的分划板像，再调物镜对小圆柱中部方形窗内细横刻线聚焦。（3）将CCD摄像机装上镜头，把75Ω视频电缆线的一端接在摄像机的视频输出端子（Videoout），另一端接在监视器的视频输入端（Videoin）。将CCD专用的

6、12V直流电源接到摄像机后面板的“Power”孔，并将直流电源和监视器分别接220V交流电源。自习调整CCD位置及镜头光圈和焦距，直到在监视器屏幕上看到清晰的图像。2、观测金属丝受外力拉伸后的伸长变化在砝码托盘上逐次加砝码，其质量m=200g（此数值为标称值，应该用天平实测砝码值），金属丝伸长后，对应的度数为r(i=1,2,⋅⋅⋅,8)。再将所加砝码逐个减去，记i下对应的度数为r′(i=1,2,⋅⋅⋅,8)。如表9-2所示。i3、测量金属丝长L（一次测量）和金属丝直径d（测10次）。六、实验数据记录1、观测金属丝受外力拉伸后的伸长变化δL记录如表9-2所示：表9-2测量金属丝受外力拉伸

7、后的伸展变化数据表imi/gri/cmri′/cmr/cmδL=(ri+5−ri)/cm000.3000.3010.30051200.090.3100.3100.31000.05802400.190.3240.3220.32300.05703599.750.3350.3330.33400.05654799.470.3460.3440.34500.05755999.960.3570.3560.356561199.860.3680.3680.368