杨氏模量的测定(拉伸法)

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1、力热学实验拉伸法测钢丝的杨氏模量苏州大学物理实验教学中心力热学实验实验目的实验原理实验内容注意事项思考题苏州大学物理实验教学中心力热学实验【实验目的】1、掌握用拉伸法测金属丝的杨氏模量．2、掌握光杠杆放大原理与使用方法．3、学会用逐差法进行数据处理．苏州大学物理实验教学中心【实验装置】力热学实验望杨远氏镜模和量直测标定尺仪苏州大学物理实验教学中心力热学实验【实验原理】胡克定律指出，在弹性限度内弹性体的应变与其应力成正比，对线材拉伸而言，即为FESl式中的比例系数E就是该线材的杨氏模量。单位：N／m,即

2、帕(Pa)苏州大学物理实验教学中心杨氏模量计算式中，外力F，金属丝原长l，截面积均容易测量，而一般线材的拉伸形变伸长量δ是个小量，不易直接测准。为此采用光杠杆法。图1为杨氏模量测定仪示意图。待测钢丝的上端被固定于悬架，下端固定于一平台，其上可放置光杠杆的后脚。直尺钢丝物镜调节旋纽AmθlΔA光杠杆2θA0目镜Z物镜望远镜D随钢丝升降两个支点砝码盘图1力热学实验1．光杠杆法(放大法)当金属丝受拉力伸长少许时，光杠杆镜面便仰起小角θ，从而望远镜中对准的标尺θ读数就会发生明显改变。δ与θ，及望远镜读数A的关系参i见图2

3、，因为θ很小，有tg图2~θ。AmA02,AAm0AmA02D由图2可得ZkDZ2DZ本实验的D近2米；Z为8厘米左右，放大倍数k约为50倍。苏州大学物理实验教学中心力热学实验2．计算公式采用光杠杆后，可得杨氏模量：8mglDE2dAAZm0两个支点砝码质量m已知，只需测量钢丝长度l、钢丝“力”Z点直径d、光杠杆长度Z、加砝码前后望远镜中标尺的读数A和A即可。m0苏州大学物理实验教学中心力热学实验3．D值的测量关于D值的测量，传统的方法用米尺去直接测量，但这样做误差较大．现用长春第

4、一光学仪器厂生产的尺读望远镜，D值的测量可用公式2Dxx100cm下上式中x、x分别为望远镜筒下上中分划板的上叉丝和下叉丝相应的读数值，如图3所示，且以厘米作单位，100是尺常数，由厂家设计所为。图3苏州大学物理实验教学中心力热学实验【实验内容】1.调整测量系统•杨氏模量测定仪的水平调节；•望远镜镜筒和光杠杆镜面等高；•望远镜上侧目测平面镜中直尺；•调节望远镜，看清望远镜中叉丝及标尺度。苏州大学物理实验教学中心调节底角螺丝，使气泡居中力热学实验气泡底角螺丝苏州大学物理实验教学中心力热学实验直尺移动望远镜支架

5、，物镜调节旋纽钢丝在望远镜上侧能看准星到平面镜中直尺。光杠杆目镜物镜望远镜瞄准平面镜，调节目镜、物镜，看清砝码盘望远镜中叉丝和平面镜中直尺刻度。地面苏州大学物理实验教学中心力热学实验系统调整将底座调好水平，使仪器架垂直地面．加初始砝码将线线材拉直。调节望远镜、光杠杆镜面、标尺三者成物--镜--像入射与反射关系(等高、垂直、水平)．（1）将光杠杆前脚放进平台上的槽子里，通过米尺测量，使望远镜筒（上边缘）与光杠杆小镜（上边缘）等高；（2）从望远镜筒侧面观察光杠杆小镜面，如果能在小镜中看到自己的眼睛，则光杠杆小镜与平台垂直

6、；苏州大学物理实验教学中心力热学实验（3）利用米尺测量望远镜中心轴线高度，使望远镜筒平行。（4）移动望远镜，通过望远镜上方的瞄准器在光杠杆小镜中找到标尺的像。苏州大学物理实验教学中心力热学实验【实验内容】2．对望远镜进行调焦（1）调节望远镜目镜调焦旋钮，使目镜中出现清晰的分划板叉丝（见右图）；（2）调节望远镜物镜调焦旋钮，使望远镜筒中出现清晰的标尺像；（3）分别测出望远镜筒中分划板的上叉丝和下叉丝对应的读数值，求出D。x(cm)x(cm)D(cm)上下苏州大学物理实验教学中心力热学实验目镜准星物镜调调节目镜焦轮看清叉

7、丝调节物镜物看清标尺刻度镜苏州大学物理实验教学中心力热学实验【实验内容】3．测出A数据组i（1）逐个加砝码，读出相应读数A’(i=0，1，…，5，6)；i（2）再逐个减砝码读出A”，取其平均A.ii注意：相应的A’与A”是否相差过大．ii砝码重增重减重平均(kg)Ai’(cm)Ai”(cm)Ai(cm)010.32020.64030.96041.28051.60061.920苏州大学物理实验教学中心力热学实验【实验内容】4．长度及直径测量单次测量金属丝原长l(用米尺)，Z(在白纸上压出三个压痕后，用游标卡尺量出前点到

8、后两点连线的垂直距离，即为Z)，多次测量金属丝直径d(螺旋测微器，6次)l(cm)Z(mm)123456d(mm)苏州大学物理实验教学中心力热学实验5．逐差法计算△A以及相应的E．1AAAAAAA30415238FlDE2dAZ其中F30.3209.8(N)苏州大学物理实验教学中心力热学实验6．E的不确