用拉伸法测金属丝杨氏模量

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1、用拉伸法测金属丝的杨氏模量材料在外力作用下产生形变，在弹性限度内其正应力与拉伸应变的比值称为杨氏模量。杨氏模量是反映材料抵抗形变的能力的物理量，是选择机械构件材料的依据之一，是工程技术中研究材料性质的常用参数。一、教学目的1．掌握螺旋测微器的使用方法。2．学会用光杠杆测量微小伸长量。3．学会一种测量金属丝的杨氏模量的方法。二、教学要求1、本实验三小时内完成。2、掌握螺旋测微器的使用方法。3、学会用光杠杆测量微小伸长量。4、学会用拉伸法金属丝的杨氏模量。5、学会用逐差法处理实验数据。6、求出所测金属丝的弹性模量，并对结果进行评价。三、

2、教学重点和难点1．用望远镜初步找寻标尺的像。2．不确定度的计算和表示,有效数字的正确表达方式。3．理论联系实际,实验观察与比较,精讲与指导相结合.四、讲授内容（约20分钟）1、实验原理（1）胡克定律和杨氏弹性模量固体在外力作用下将发生形变，如果外力撤去后相应的形变消失，这种形变称为弹性形变。如果外力后仍有残余形变，这种形变称为塑性形变。应力：单位面积上所受到的力（F/S）。应变：是指在外力作用下的相对形变（相对伸长DL/L）它反映了物体形变的大小。用公式表达为：(1)（2）光杠杆镜尺法测量微小长度的变化在（1）式中，在外力的F的拉伸

3、下，钢丝的伸长量DL是很小的量。用一般的长度测量仪器无法测量。在本实验中采用光杠杆镜尺法。初始时，平面镜处于垂直状态。标尺通过平面镜反射后，在望远镜中呈像。则望远镜可以通过平面镜观察到标尺的像。望远镜中十字线处在标尺上刻度为。当钢丝下降DL时，平面镜将转动q角。则望远镜中标尺的像也发生移动，十字线降落在标尺的刻度为处。由于平面镜转动q角，进入望远镜的光线旋转2q角。从图中看出望远镜中标尺刻度的变化。因为q角很小，由上图几何关系得：则：（2）由（1）（2）得：2、实验内容1)调杨氏模量测定仪底角螺钉，使工作台水平，要使夹头处于无障碍状

4、态。1)放上光杠杆，T形架的两前足置于平台上的沟槽内，后足置于方框夹头的平面上。微调工作台使T形架的三足尖处于同一水平面上，并使反射镜面铅直。2)望远镜标尺架距离光杠杆反射平面镜1.2～1.5m。调节望远镜光轴与反射镜中心等高。调节对象为望远镜筒。3)初步找标尺的像：从望远镜筒外侧观察反射平面镜，看镜中是否有标尺的像。如果没有，则左右移动支架，同时观察平面镜，直到从中找到标尺的像。4)调节望远镜找标尺的像：先调节望远镜目镜，得到清晰的十字叉丝；再调节调焦手轮，使标尺成像在十字叉丝平面上。5)调节平面镜垂直于望远镜主光轴。6)记录望远

5、镜中标尺的初始读数（不一定要零），再在钢丝下端挂0.320kg砝码，记录望远镜中标尺读数，以后依次加0.320kg，并分别记录望远镜中标尺读数，直到7块砝码加完为止，这是增量过程中的读数。然后再每次减少0.320kg砝码，并记下减重时望远镜中标尺的读数。数据记录表格见后面数据记录部分。7)取下所有砝码，用卷尺测量平面镜与标尺之间的距离R，钢丝长度L，测量光杠杆常数b（把光杠杆在纸上按一下，留下f1，f2，f3三点的痕迹，连成一个等腰三角形。作其底边上的高，即可测出b）。8)用螺旋测微器测量钢丝直径6次。可以在钢丝的不同部位和不同的经

6、向测量。因为钢丝直径不均匀，截面积也不是理想的圆。五、实验注意事项1、加减砝码时一定要轻拿轻放，切勿压断钢丝。2、使用千分尺时只能用棘轮旋转。3、用钢卷尺测量标尺到平面镜的垂直距离时，尺面要放平。4、杨氏模量仪的主支架已固定，不要调节主支架。5、测量钢丝长度时，要加上一个修正值，是夹头内不能直接测量的一段钢丝长度。六、指导要点1、望远镜中观察不到竖尺的像应先从望远筒外侧，沿轴线方向望去，能看到平面镜中竖尺的像。若看不到时，可调节望远镜的位置或方向，或平面反射镜的角度，直到找到竖尺的像为止，然后，再从望远镜中找到竖尺的像。2、叉丝成像

7、不清楚。这是望远镜目镜调焦不合适的缘故，可慢慢调节望远镜目镜，使叉丝像变清晰。3、实验中，加减法时，测提对应的数值重复性不好或规律性不好。(1)可能是金属丝没有完全检查。(2)杨氏模量仪支柱不垂直，使金属丝端的方框形夹头与平台孔壁接触摩擦太大。(3)加冯法码时，动作不够平稳，导致光杠杆足尖发生移动。(4)金属丝夹头未夹紧，金属丝滑动。