实验6 拉伸法测定金属杨氏模量

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1、拉伸法测定金属杨氏模量目录１、概述……………………………………２２、实验原理………………………………３３、实验步骤………………………………５４、教学要求……………………………１１５、重点与难点…………………………１２６、预习思考题…………………………１３７、思考与讨论…………………………１４概述杨氏模量(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

2、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量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一是工程技术设计中常用的参数。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。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

3、技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量杨氏模量。实验原理本实验用拉伸法测定金属的杨氏模量，当钢丝受到外力拉伸时产生形变，使得钢丝伸长。根据胡克定律，在钢丝的弹性限度内，钢丝的应力与应变成正比：　　。只要测出在受力为F时，钢丝的伸长量ΔL就能求出钢丝的杨氏模量了。由于ΔL是一个微小变化量，所以本实验用光杠杆放大系统来测量它。光杠杆法放大原理实验步骤１、调整杨氏模量仪使平台水平(当气泡在水准仪的圆圈里即可)，并调整夹子C使它能上下自由伸缩，然后将光杠杆放好，调好镜面的竖直度。２、调整镜尺组与光杠杆的距离，然后调整支架的位置使

4、望远镜与标尺互为对称。接着调节望远镜光轴的水平度，调节角度使镜头对准镜子，调节高度使它与镜子等高，再调焦可以分别看到标尺的像和镜子的像。３、结合调节目镜和物镜，使叉丝和标尺的像同时清晰，然后调零。并记下短叉丝对应的刻度值，即B1、B2的值，接着按照先加砝码后减砝码的顺序测出不同受力状态下的N值，经检查无误之后，再用千分尺测出受力分别为１kg和6kg时钢丝上、中、下三个位置的d值、用卷尺测出钢丝的长度L的值、最后用游标卡尺测出光杠杆的前后足的距离h的值，注意：要把光杠杆取下来，压在一张白纸上，压出三个足痕，把前两足的足痕连成

5、线，后足描黑，卡尺的刀口一边与前足连线重合，另一边与后足重合，即可。光杠杆的放置水准仪气泡应调至中央光杠杆后足应垂直置于金属环中部，避免靠近边缘。镜面应保持竖直两前足应置于槽中对称的调节调零　　　　测B的值千分尺的读数规则千分尺使用之前应先读零点读数，然后将测量值减去零点读数才是被测物体的真实值。同时要注意零点读数的正负。例如右下两图：左图读数为：0.062mm右图读数为：-0.013mm另外：测量时应注意，当测砧面快接触到被测样品时一定要用棘动轮，不能用微分筒。游标卡尺的读数规则下图所示游标卡尺的主尺读数为12.3cm，

6、游标的读数为0.096cm，所以测量值为12.396cm教学要求理解杨氏模量的物理意义理解光杠杆法测量微小变化量的测量原理掌握光杠杆放大系统装置的调节方法掌握用最小二乘法处理数据重点与难点重点：掌握光杠杆放大系统的测量原理和装置的调节方法。难点：装置的调节。方法是每一个调节步骤都要做到位。也就是说，如果镜面不竖直就无法调节对称，而调节对称要正确使用准星；如果不对称就无法在望远镜中看到标尺的像；另外，如果望远镜没有对好镜子也无法看到标尺的像。预习思考题１、在实验过程中我们采用先测量递增负荷，再测递减负荷，然后再求平均的方法得

7、到N，可以消除什么误差？２、在用光杠杆法测量ΔL的过程中，怎样才能正确地迅速地从望远镜中找到标尺的像？３、实验中如何判断N的测量是否正确？思考与讨论１、本实验中，各个长度量用不同的仪器来测定，是怎样考虑的？２、如果作图发现直线不通过原点，说明实验存在什么问题？３、如果反射镜不竖直，望远镜光轴明显倾斜，对结果有什么影响？