测量康铜丝的杨氏模量和泊松比讲义2014.pdf

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1、Readme1、实验内容：本实验的内容分成两部分：实验内容A在409室、实验内容B在403室。2、怎么分小组？前一半同学为A组，第一次完成实验内容A，另一半为B组，第一次完成实验内容B，一周后对调。若这组同学10人，则不分小组，第一次在409室，第二次在403室。实验设备1人1套。3、怎么预习本实验？给出重要的原理图、公式，简述实验原理，通常一页纸。4、怎么操作？本实验的注意事项和操作技巧较多，关键的要点有：（1）勿碰金属丝（一进门就将书包等物放在桌旁的地上，以免挂断细丝）；（2）本实验操作中设置了若干现场见证点（W点），完成相应操作后，请报告教师，以便进行现场确

2、认；（2）静下心来，边思考，边动手。5、怎么处理数据？对内容A只需当堂计算细丝直径，对内容B要求处理标“”号的部分。6、关于实验报告。两周只写一份报告，这份报告应包含：1份预习报告、2份经签字的实验原始数据、1份内容B的数据处理。测量康铜丝的杨氏模量和泊松比一、基本原理1、金属丝的杨氏模量与泊松比杨氏模量是材料的重要力学参数，反映了材料抵抗形变能力的大小。拉力F与丝的原始横截面A之比定义为应力，伸长量L与丝的原始长度L之比定义为纵向线应变。在弹性范围内，应力与应变满足胡克定律：FLE(1)AL其中E为材料的杨氏模量。式(1)中只考虑了材料的微小纵向应变，忽略

3、了横向变化。横向变化量d与丝的原始横向长度d之比定义为横向线应变。在实践中，纵向拉伸应变还会导致横向收缩应变。实验表明，在材料弹性范围内，横向线应变d/d与纵向线应变L/L之比为常数：dL(2)dL(2)式中的负号表示纵向拉伸导致横向收缩，μ为横向变形系数或称泊松比。2、非平衡电桥非平衡电桥与传感器配合使用，可测量温度、应力、位移等物理量。图1为非平衡电桥的原理图，其中电阻箱R1、R2、R3为电桥的三个臂，电阻箱R4与金属丝电阻Rs串联构成第四臂，R0为电位器，C是滑动头。当电桥平衡时：RR13RRR24s任意桥臂阻值变化时，电桥将偏离平衡位置。

4、金属丝受到拉伸引起电阻变化R，当R4+Rs的相对阻值变化量小于s1%时，桥电压Ug（即D、E之间的电压）与该桥臂的电阻变化量近似满足线性关系：图1非平衡电桥URACsU（3）g4RR4s即将电阻的微小变化量转化成直流电压信号进行测量。本实验的研究对象为康铜丝。二、待研究的问题1、测量康铜丝的杨氏模量；2、忽略拉伸过程中康铜丝电阻率的变化，利用非平衡电桥测量康铜丝相关物理量的变化，进而计算其泊松比。三、实验仪器序号设备名称数量1康铜丝（已焊接两根导线）12木支架（已装配电位器、开关、电桥盒等）13卷尺（最大允差2.0mm）14JCD3型读数显微镜（最大允差0

5、.015mm）15读数显微镜垫块16ZX38A/10型交直流电阻箱（0.1级）17KEITHLEY台式万用表（使用方法见附录）18低压钠灯（双线平均波长=0.5893m）及电源19钠灯木垫块110直流稳压电源(~1.5V)111玻璃片212砝码托盘（品质标注于底部）113增砣砝码（100克）1014LED灯115导线8四、实验内容与要求第一周：前一半同学在409室完成实验内容A，后一半同学在403室完成实验内容B，一周后对调。实验内容A：1、调整螺栓，使木支架平衡，康铜丝与桌面平行，距桌面77mm。（W点）2、托盘上放置2个砝码，利用所给设备搭建一套干涉法测量康

6、铜丝直径的装置，看到干涉条纹后，请报告教师，确认干涉条纹的效果。（W点）要求：干涉条纹清晰，与劈尖顶端保持平行。本步骤的操作具有较大的挑战性，请静下心来认真调节。（1）以读数显微镜标尺刻度为参考，每个区域10mm，将劈尖分成5个区域。观察并比较所有区域的干涉条纹的清晰度特点。（W点）（2）为了提高测量康铜丝直径的精度，应测什么区域的条纹？3、测量康铜丝的直径d（实验原理参考附录1）（1）要求测量直径d的相对不确定度小于1.0%，请设计实验方案。设计要求：给出各参数的极限不确定度，说明用什么工具测量。（2）根据设计方案测量数据，共测3组。（3）计算康铜丝的直径d。注意

7、：（1）读数显微镜较沉重，搬运时若有困难，请向老师求助，以免摔坏仪器；（2）调节读数显微镜时要特别小心，避免碰触康铜丝；（3）钠灯不能频繁开关，关闭钠灯电源后要等5分钟才能再次点亮。4、整理仪器，将两端的高度调节螺栓调乱，钠灯放置于支架前方。实验内容B1、自己设计方案，测量康铜丝的有效长度。2、测量康铜丝的杨氏模量E和泊松比μ1）设计实验方案，给出相关公式；2）按图1连接电路，其中R1=R2=R3=51.00，用KEITHLEY台式万用表（操作说明见附录）监测U和分压UAC，其中UAC取0.3~0.5V；（W点）g3）调节变阻箱R4，使电桥平衡；（W点）4）调