发布时间 : 星期三 文章大学物理实验《用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量》更新完毕开始阅读
金属丝(不同规格的金属丝所加的本底砝码不同，对d=0.7mm左右的钢丝可加1～2Kg。调节杨氏模量仪底盘下面的3个底脚螺丝，同时观察放在平台上的水准尺，直至中间平台处于水平状态为止。
（2）调节光杠杆镜位置。将光杆镜放在平台上，两前脚放在平台横槽内，后脚放在固定钢丝下端圆柱体的夹具上（注意一定要放在与钢丝并齐的位置，不能放在缺口的位置），并使光杠杆镜镜面基本垂直或稍有俯角，如图1所示。
（3）望远镜调节。旋转目镜看清十字叉丝，将望远镜置于距光杆镜1.5m左右处，松开望远镜固定螺钉，上下移动使得望远镜和光杠杆镜的镜面基本等高。为了尽快找到经平面反
射镜反射至望远镜中刻度尺的像，建议先在望远镜外沿其缺口、准星目视平面镜，并根据反射定律上下左右移动望远镜寻找平面镜中刻度尺的像，从望远镜筒上方沿镜筒轴线瞄准光杠杆镜面，移动望远镜固定架位置，直至可以看到光杠杆镜中标尺的像。然后再从目镜观察，先调节目镜使十字叉丝清晰，最后缓缓旋转调焦手轮，使物镜在镜筒内伸缩，直至从望远镜里可以看到清晰的标尺刻度且无视差为止。 （4）观测伸长变化。以钢丝下挂2kg砝码时的读数作为开始拉伸的基数n0，然后每加上1kg砝码，读取一次数据, 这样依次可以得到n0,n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7, 这是钢丝拉伸过程中的读数变化。紧接着再每次撤掉1kg砝码，读取一次数据，依次得到?,n6?,n5?,n4?,n3?,n2?,n1?,n0?，这是钢丝收缩过程中的读数变化。 n7
注意：加、减砝码时，应轻放轻拿，避免钢丝产生较大幅度振动。加（或减）砝码后，钢丝会有一个伸缩的微振动，要等钢丝渐趋平稳后再读数。
（5）测量光杠杆镜前后脚距离b。把光杠杆镜的三只脚在白纸上压出凹痕，用尺画出两前脚的连线，再用游标卡尺量出后脚到该连线的垂直距离（用最小分度为1.0mm的小钢尺测量行否？有效位数够吗？）。 （6）测量钢丝直径。用螺旋测微计在钢丝的不同部位测3～5次，取其平均值。测量时每次都要注意记下数据，螺旋测微计的零位误差。
（7）测量光杠杆镜镜面到望远镜附标尺的距离D。用钢卷尺量出光杠杆镜镜面到望远镜附标尺的距离，作单次测量，并估计误差（卷尺从空中直接拉直测量，在1.5m长的范围内因中间下垂引起的误差。从镜面到标尺，这两头各应从何算起？能对准吗？如何估算上述误差？）。
（8）用米尺测量钢丝原长L，测单次（测量的起讫点各在哪里？能用米尺直接比较测量吗？若不能，如何估算误差？你想到误差界这个概念了吗？）。 2．测量。
(1)仪器调整完毕，记录十字叉丝处刻度尺读数H。(H。一般应调至0处)。
(2)依次在砝码钩上加挂砝码(每次l kg，并注意砝码应交错放置整齐)。待砝码静止后，记下相应十字叉丝处读数ni(i=1，2?，7)。依次减少砝码(每次1kg)，待砝码稳定后，记下十字叉丝处相应读数ni (7，6，?，0)。
(3)取同一负荷下刻度尺两个读数平均值Hi， ni?ni'
ni＝(i_0，1，2，?，7) 2
(4)用钢卷尺测量金属丝长度L和光杠杆镜面至刻度尺间距离z。 (5)用千分尺测量金属丝直径d(不同处测量六次)。
(6)取下光杠杆，将其放在一张平整的白纸上用力压，将刀口及主杠尖脚印在纸上，如图2所示，用游标卡尺测量主杠尖脚至刀口间距离b。
图 2
【数据处理与分析】
实验采用两种方法处理数据，分别求出金属丝的杨氏模量。 1、用逐差法处理：用逐差法计算对应4Kg荷时金属丝的伸长量： ?ni?ni?4?ni（i=0,1,3） 及每千克伸长量的平均值 ?n? ??n i?0 3 i 16
将?n、L、D、b各量的测量结果代入(4)式，计算出待测金属丝的杨氏模量及其不确定度。 2、作图法 由（4）式有 ?n? 8LD F?KF （5） ?d2bE 式中，K? 8LD
，在给定的实验条件下，K为常量，若以?ni?ni?n0（i=1,2,3?7）2 ?dbE
为纵坐标，F为横坐标作图，可得一条直线，求出该直线的斜率K，即可得到待测金属丝的杨氏模量。 E?
【注意事项】 8LD （6） ?d2bK
1．钢丝的两端一定要夹紧，一来减小系统误差，二来避免砝码加重后拉脱而砸坏实验装置。 2．在测读伸长变化的整个过程中，不能碰动望远镜及其安放的桌子，否则重新开始测读。 3．被测钢丝一定要保持平直，以免将钢丝拉直的过程误测为伸长量，导致测量结果谬误。 4．实验过程中不得碰撞仪器，更不得移动光杠杆主杆支脚的位置；加减砝码必须轻拿轻放，待系统稳定后才可读数。
5．望远镜有一定的调焦范围，不能过分用力拧动调焦旋钮。 6．．在望远镜调整中，必须注意视差的消除，否则将会影响读数的正确性。
7．光杠杆平面镜是易碎物品，为了保持镜面良好的反射，不得用手触摸，也不得随意擦拭，更不得将其跌落在地，以免打碎镜面。 【预习思考题】
1．如果圆柱形夹具和平台园孔间有摩擦力存在，对实验结果将有何影响?实验中如何减小这种影响? 2．加挂本底硅码的作用是什么?
3．光杠杆测量微小长度变化量的原理是什么?有何优点? 4．你能否根据实验数据判断金属丝有无超过弹性限度? 讨论题
1．你能否根据实验所测得的数据，计算出所用的光杠杆的放大倍数?如何增大光杠杆的放大倍数以提高光杠杆测量微小长度变化量的灵敏度?在你所用的仪器中，光杠杆的分度值是多少?
2．如望远镜光轴和水平面的夹角为a，平面镜镜面和铅直面夹角为口，那么，对微小长度变化量测量有无影响?若有影响，测量结果如何修正? 篇三：大学物理实验报告-钢丝的杨氏模量测量 大学物理仿真实验 实 验 报 告 姓名： 班级： 学号：
2014年12月10日
实验名称：钢丝的杨氏模量测量 实验原理
任何物体（或材料）在外力作用下都会发生形变。当形变不超过某一限度时，撤走外力则形变随之消失，为一可逆过程，这种形变称为弹性形变，这一极限称为弹性极限。超过弹性极限，就会产生永久形变（亦称塑性形变），即撤去外力后形变仍然存在，为不可逆过程。当外力进一步增大到某一点时，会突然发生很大的形变，该点称为屈服点，在达到屈服点后不久，材料可能发生断裂，在断裂点被拉断。 人们在研究材料的弹性性质时，希望有这样一些物理量，它们与试样的尺寸、形状和外加的力无关。于是提出了应力F/S（即力与力所作用的面积之比）和应变ΔL/L（即长度或尺寸的变化与原来的长度或尺寸之比）之比的概念。在胡克定律成立的范围内，应力和应变之比是一个常数，即 E=(F/S)/(?L/L)=FL/S?L（1）
E被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。某种材料发生一定应变所需要的力大，该材料的杨氏模量也就大。杨氏模量的大小标志了材料的刚性。
通过式（1），在样品截面积S上的作用应力为F，测量引起的相对伸长量ΔL/L，即可计算出材料的杨氏模量E。因一般伸长量ΔL很小，故常采用光学放大法，将其放大，如用光杠杆测量ΔL。光杠杆是一个带有可旋转的平面镜的支架，平面镜的镜面与三个足尖决定的平面垂直，其后足即杠杆的支脚与被测物接触，见图1。当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离ΔL时，镜面法线转过一个θ角，而入射到望远镜的光线转过2θ角，如图2所示。当θ很小时， θ≈tan??=???/?? （2）
式中l为支脚尖到刀口的垂直距离（也叫光杠杆的臂长）。根据光的反射定律，反射角和入射角相等，故当镜面转动θ角时，反射光线转动2θ角，由图可知 tan2??≈2??=??/??（3）
式中D为镜面到标尺的距离，b为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。 从（2）和（3）两式得到
由此得 ?????=b2D（4） ???
合并（1）和（4）两式得 =bl2D（5） E=2DLFSlb（6）
式中2D/l叫做光杠杆的放大倍数。只要测量出L、D、l和d（ S=π??2/4） 及一系列的F与b之后，就可以由式（5）确定金属丝的杨氏模量 E. 实验内容
杨氏模量的测量仪包括光杠杆、砝码、望远镜和标尺。实验前，先要熟悉实验用的仪器，了解仪器的构造，仪器上各个部件的用途和调节方法，以及实验中要注意的问题，这样就能熟练地操作仪器，顺利地进行实验。杨氏模量测量仪实验装置如图1所示，待测金属丝长约1m，上端夹紧悬挂于支架顶部，下端夹在一个金属圆
柱G（名叫管制器）的底部，支架中部有一平台F，平台中一圆孔，管制器能在孔中上下移动，砝码P加在管制器下的砝码托上，金属丝受到拉力而伸长。 1．调节仪器
（1） 调节放置光杠杆的平台F与望远镜的相对位置，使光杠杆镜面法线与望 远镜轴线大体重合。
（2） 调节支架底脚螺丝，确保平台水平，调平台的上下位置，使管制器顶部 与平台的上表面共面。
（3） 光杠杆的调节，光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量ΔL的关键部件。光
杠杆的镜面（1）和刀口（3）应平行。使用时刀口放在平台的槽内，支脚放在管制器的槽内，刀口和支脚尖应共面。
（4） 镜尺组的调节，调节望远镜、直尺和光杠杆三者之间的相对位置，使望
远镜和反射镜处于同等高度，调节望远镜目镜视度圈（4），使目镜内分划板刻线（叉丝）清晰，用手轮（5）调焦，使标尺像清晰（图2）。 2．测量
（1） 砝码托的质量为m0，记录望远镜中标尺的读数r0作为钢丝的起始长度。
（2） 在砝码托上逐次加500g砝码（可加到3500g），观察每增加500g时望远镜中标尺上的读数ri，然后再将砝码逐次减去，记下对应的读数ri，取两组对应数据的平均值。
（3） 用米尺测量金属丝的长度L和平面镜与标尺之间的距离D，以及光杠杆的 臂长 。 3．数据处理 （1） 逐差法
《大学物理实验《用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量》》出自：百味书屋