海南大学杨氏模量实验教案.pptVIP

* 物理·文明 海 南 大 学 大学物理实验C 课程教案 适用专业：2013级 适用时间：2014年3月——2014年6月 实验题目 拉伸法杨氏模量的测量 一、实验目的 1、掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理 和方法， 并用以测定钢丝的杨氏模量； 2、学会用逐差法处理实验数据； 二、实验仪器 三、实验原理 在外力作用下， 固体所发生的形状变化称为形变. 撤除外力后，物体能完全恢复原状的形变，称为弹性形变. 设一根粗细均匀的钢丝长度为L， 横截面积为S， 沿长度方向受一外力F作用后，钢丝伸长了ΔL. F/S是钢丝单位横截面积上所受的力，称为应力；ΔL/L是钢丝的相对伸长量，称为应变. 根据胡克定律， 在弹性限度内， 固体的应力和应变成正比， 即 实验证明， 杨氏模量E与外力F、 物体的长度L和横截面积S的大小无关， 只与固体材料的性质有关。 L S 若钢丝的直径为d，则 　，所以 (2) 在SI制中，E的单位为 。 光杠杆测量原理图 设起始状态标尺上的测量读数为 n1，当待测 钢丝受力作用而伸长时，光杠杆后脚随之下 降，杠杆架和镜面偏转θ角，反射线转过 2θ角，此时标尺读数为n2 ， 则有 由于θ很小, 所以有 消去θ, 得 (3) 式中, n-n0=Δn。 将式(3 )代入式(2)中， 得 本实验使钢丝伸长的力F是砝码作用在钢丝上的重力mg, 因此,杨氏弹性模量的测量公式为 (4) (5) 注意:式中,Δn与m有对应关系。如果m是1个砝码的质量, Δn应是荷重增(或减)1个砝码所引起的光标偏移量; 如果Δn是荷重增(或减)4个砝码所引起的光标偏移量,m就应是4个砝码的质量。 四、实验仪器介绍 光杠杆常数 b 望远镜物镜 标尺 底座 调焦守轮 目镜 五、实验步骤 1、调节仪器： 调节光杠杆和望远镜： 1）杨氏弹性模量测定仪底座调节水平； 2）平面镜镜面放置与测定仪平面垂直； 3）将望远镜放置在平面镜正前方1.0-1.5m左右位置上； 4）粗调望远镜：将镜面中心、标尺零点、望远镜调节等高，望远镜上的缺口、准星对准平面镜中心，并能在望远镜外看到尺子的像；。 5）旋动望远镜目镜,使十字叉丝清晰;再旋 动聚焦手轮,直到看清竖直尺的像。 6）调节叉丝在标尺以内，并使得视差不超过半格。 0 标尺像 分划板 1）计下无挂物时刻度尺的读数； 2）依次挂上1kg的砝码，七次，计下n+0， n+1， n+2，n+3， n+4， n+5， n+6， n+7； 3）依次取下1kg的砝码，七次，计下n7 ， n-6， n-5， n-4， n-3， n-2， n-1， n0； 2、记录金属丝伸长变化 次数 F(g) m+(mm) n-(mm) n平均 0 0 1 250 2 250x2 3 250x3 4 250x4 5 250x5 6 250x6 7 250x7 平均 4 3 2 1 1）用钢卷尺测钢丝原长L。 L 3、测量金属丝长度L、平面镜与竖尺之间的距离B，光杠杆常数b，金属丝直径d。 2）用螺旋测微器测钢丝直径d，在钢丝上、中、下三个部位两个正交方向共测6次。 3）用钢卷尺测标尺到平面镜（光杠杆两前足所在的沟槽）的距离 R。 B 4）用游标尺测光杠杆常数 b。 b B C A 光杠杆常数 b 3)在钢丝上选不同部位用螺旋测微计测量d 3、测量金属丝长度L、平面镜与竖尺之间的距离B，光杠杆常数b，金属丝直径d。 1)用钢卷尺测量L 和D 2)取下光杠杆在展开的白纸上同时按下三个尖脚的位置，用直尺作出光杠杆后脚尖到前两尖脚连线的垂线，用游标卡尺测出b 　 　 　 　 　 　 d/mm 　 　 　 　 　 　 b/mm 　 　 　 　 　 　 L/mm 　 　 　 　 B/mm 平均 5 4 3 2 1 　 实验装置常数测量数据 六 数据表格及处理 1、计算杨氏模量 E： 2、计算△E：测量结果的相对不确定度 扩展不确定度，k=2 * *