大学物理实验教案1-杨氏弹性模量的测定
大学物理实验教案
实验名称：杨氏弹性模量的测定 实验目的：
1、掌握伸长法测量金属丝杨氏模量的原理和方法；
2、掌握用光杠杆测量长度微小变化量的原理和方法；
3、学习光杠杆和尺度望远镜的调节与使用；
4、学习处理数据的方法。
实验仪器：
杨氏模量测定仪 光杠杆 尺度显微镜 钢卷尺 游标卡尺 螺旋测微计 砝码 金属丝
实验原理：
1、杨氏模量
设一粗细均匀的金属丝长为l ，截面积为S ，上端固定，下端悬挂砝码，金属丝在
外力F 的作用下发生形变，伸长l δ。根据胡克定律，在弹性限度内，金属丝的胁强F S
和
产生的胁变l
L
δ成正比。
即
F l
E S l
δ= （9-1） 或 Fl
E S l
δ= （9-2）
式中比例系数E 称为杨氏弹性模量。在国际单位制中，杨氏弹性模量的单位为牛每平方米，记为2
-?m N 。
在实验中测量钢丝的杨氏模量，其截面为圆形，其直径为d 时，相应的截面积
4/2d S π=，l δ是较大长度的微小伸长量，无法用一般的长度测量仪器测量，因此实验中
用光杠杆法进行测量，测量公式
01
2
2m A A d l d δ-=
于是可得实验中的杨氏模量测量公式： 2
2
01
8m mgld E d A A d π=
- 令0
m A A K m
-=
，K 为砝码质量改变一个单位时，望远镜中所见尺的读数的变化量，则
2
21
8gld E d Kd π=
2、光杠杆
实验中l δ是一微小变化量，变化在mm 2
10-数量级。因此实验设计的关键是寻找测量微小变化量的方法和装置，这里我们采用了光路放大方法——光杠杆来实现。
设未加砝码时，从望远镜中读得标尺读数记为0A ，当增加砝码时， 钢丝伸长量为l δ，光杠杆一端随圆柱体夹头一起下降，光杠杆的转角θ，于是光杠杆镜面法线轴转动θ角。根据反射定律，平面镜法线转动θ角，反射线将转过θ2，此时从望远镜中读得的标尺读数为
m A 。因为l δ为一微小量，所以θ也很小，近似有θθtg ≈和θθ22tg ≈。于是由三角函数
关系可得：
1
2
2
m A A l
d d δ-=
由于2d 远大于1d ，则0m A A -必然远大于l δ。这样，就将一个原来数值小的钢丝长度变化量l δ转化成一个数据较大的标尺的读数变化量0m A A -。从这里可以明显的看出光杠杆装置的放大作用。光杠杆的放大倍数即为
02
1
2m A A d l d δ-=
3、不确定度公式及仪器的选择
通过计算公式
2
2
1
8gld E d Kd π=
我们可以得出杨氏模量的相对不确定度的推导公式：
2
2
222
2121()()()()()()2c c c
c c u
d u l u K u d u d u E E d l K d d ????
??????=++++???????????
?????????
由上式中可见，d 的不确定度占了很大比例，因此测量d 的时候应尽量精密，所以测量中应选择精确度较高的仪器来测量d 并多次测量。我们选择螺旋测微计来测量。
实验内容：
一、仪器调节
1、调节杨氏弹性模量仪双柱支架上的底脚螺丝，使立柱铅直。
2.将光杠杆放在平台上，两前尖脚放在平台的凹槽中，主杆尖脚放在圆柱夹具的上端面上，但不可与金属丝相碰。调节平台的上下位置，使光杠杆三尖脚位于同一水平面上。
3.在砝码托上加1～2个砝码(此砝码和砝码托不计入所加外力F 之内)，把金属丝拉直。并检查圆柱夹具是否能在平台孔中自由移动。
4.将望远镜和标尺安放在距离光杠杆约1.5米处。使光杠杆镜面与平台面大致垂直。望远镜筒处于水平状态并与镜面等高，标尺处于铅直状态。
5.从望远镜筒外上方沿镜筒轴线方向观察平面镜内是否有标尺的像。若无，则上下左右移动望远镜位置和微调平面镜角度，直至在平面镜中看到标尺的像为止。
6.调节望远镜的目镜，使观察到的十字叉丝最清晰。再前后调节望远镜物镜，使能看到清晰的标尺像。微微上下移动眼睛观察十字叉与标尺的刻度线之间有没有相对移动，若无相对移动，说明无视差。记下此时十字叉丝横线对准标尺的刻度值0x (0x 应选择在零刻度附近)。若有相对移动，说明存在视差，需仔细调节目镜（连同叉丝）与物镜之间的距离，并配合调节目镜，直到视差消除。
至此，望远镜调节完成，测量过程中不要再变动仪器的相对位置，包括放置望远镜的桌子不可震动，否则要从头再调。 二、测金属丝的杨氏弹性模量
1.轻轻将砝码加到砝码托上，每次增加1个砝码，加至7个为止。逐次记录每加一个砝
码时望远镜中的标尺读数1
27x x x '''L 、、、。加砝码时注意勿使砝码托摆动，并将砝码缺口交叉放置，以防掉下。
2.再将所加的7个砝码依次轻轻取下，并逐次记录每取下1个砝码时望远镜中的标尺读
数6
50x x x ''''''L 、、。 3.用钢卷尺测量光杠杆镜面至标尺的距离2d 和金属丝的长度l 。
4.将光杠杆取下放在纸上，压出三个尖脚的痕迹，用游标卡尺测量出主杆尖脚至前两尖脚连线的距离1d 。
5.用螺旋测微器在金属丝的上、中、下三处测量其直径d ，每处都要在互相垂直的方向
上各测一次，共得六个数据，取其平均值。
实验数据处理:
1.钢丝长度的测量：
l
=34.95cm ()()0.115u l cm =
= 2.标尺到光杠杆镜面的距离
2d =
198.38cm ()2()0.289u d cm =
= 3.光杠杆镜臂长：
1d
=9.482cm ()1()0.0289u d cm =
= 4.测定金属丝的直径
()S d =
=
=0.00056174mm
()()0.00231B u d mm =
= ()u d ==0.00238mm 5.测定钢丝的k 值
K=0.00242890 S(K)= 0.00003374
223221112
889.7950.3495 1.9838
3.1416(0.591610)0.00242899.482102.14547119710/gld E d Kd N m π--???=
=
?????=?
12
222222121112
()()()()()()()()(2)()()0.035896610/u d u d u l u d u K u E E l d d K d N m ??
=++++??
??
==?L
112(2.150.04)10/E N m =±?
问题讨论
1. 光学放大系统的调整要点是什么？
答：外观对准、镜外找像、镜内找像、细调对零。 2. 本实验的若干长度量为什么采用不同的测量方法？
答：根据误差理论，物理量的值越小，应该采用越精确的测量仪器、越可靠的测量方法，这样才能减小该量测量的相对误差。本实验中，金属丝的长度l 、标尺到平面镜的垂直别离
2d 、光杠杆臂长1d 都是比较大的长度量，量值在7c m ～180cm 之间，采用了米尺进行测量；
金属丝的直径较小，在1mm 之内，采用了螺旋测微计测量；而金属丝的伸长量大约只有千分之几毫米，因而采用了光学放大系统来测量。
附实验数据记录表格 重力加速度g=9.795m/s 2
1.钢丝长度D 的测量：
l =
2.标尺光杠杆镜面到标尺的距离
2d = 3.光杠杆镜臂长：
1d =
4.测定金属丝的直径
5.测定钢丝的k 值
传统的杨氏弹性模量实验报告
杨氏弹性模量的测定 实验人： 杨氏弹性模量是材料弹性性质的一个主要特征量.本实验通过对钢丝杨氏弹性模量的测量,学习一种测量长度微小变化的方法:光杠杆镜尺法. [目的] 1.测定金属丝的杨氏弹性模量. 2.掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理,学会具体的测量方法. 3.学习处理实验数据的两种方法:图解法和逐差法. [原理] 1.金属丝受外拉力作用,会有伸长,且遵从虎克定律,有L L S mg Y ?= 其中,Y:杨氏弹性模量 mg:外力 S:金属丝横截面积 L:金属丝长度 △L:金属丝伸长量 2.光杠杆镜尺法测微原理 如图1,该系统利用镜子放大微小变化,从而达到测微效果.结合虎克定律及光杠杆镜尺法,可得杨氏弹性模量为 图1. 拉伸法测量杨氏弹性模量原理图 标尺 l m sk LDg Y ??= 2
其中,L:金属丝原长 D:镜面到标尺的垂直距离 S:金属丝截面积 K:光杠杆前足到两后足连线的垂直距离m ?:单个砝码质量 l ?:加/减单个砝码时，标尺读数变化量 LDgSK 均为常量,l m ??/由图解法和逐差法求出 [仪器] 杨氏模量测定仪(如图M-4-3),调节方法如下: 1.调节光杠杆与望远镜在同一高度,光杠杆镜面尽可能铅直. 2.在望远镜外侧寻找光杠杆镜面上标尺的象(如看不到,应调节镜面方位和移动测定仪的位置) 3.移动望远镜,使其缺口与准星大致对准标尺的像. 4.调节望远镜目镜,使观察到的十字叉丝清晰. 5.调节望远镜调焦手轮,先观察到镜子，再观察到标尺，使观察到的标尺读数与十字叉丝均清晰而无视差. [实验步骤] 1.调节测定仪,使支架铅直. 2.在金属丝下端先挂一负载(如2千克),使金属丝完全拉直,此负载为初始负载,不计入作用力内. 3.用带有卡具的米尺量出金属丝长度L. 4.在不同位置，用螺旋测微计测10次金属丝直径d,取平均值. 5.安装光杠杆,调节望远镜,记录望远镜读数x 0,逐渐增加砝码到9×0.500kg,每次增加0.500kg,记录望远镜读数x i ’,再逐渐减少砝码,记录望远镜读数,则x i =0.5(x i ’+ x i ’’) 6.用钢皮尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D 7.用游标卡尺测量光杠杆前足到后两足连线的垂直长度K. [注意事项] 1.调节望远镜时,注意消除视差,即要求标尺读数相对十字叉丝无相对位移.
实验4+杨氏模量的测定
实验4 杨氏模量的测定（拉伸法） 【杨氏模量知识和胡克定理】 杨氏模量(Y oung's modulus)是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL。F/S叫胁强，其物理意义是金属数单位截面积所受到的力；ΔL/L叫胁变其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量。胁强与胁变的比叫弹性模量：即。ΔL是微小变化量。 杨氏模量，它是沿纵向的弹性模量，也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理学家托马斯·杨(Thomas Y oung, 1773-1829) 所得到的结果而命名。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，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技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量杨氏模量。 弹性模量（modulus of elasticity），又称弹性系数，杨氏模量，是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，也是物体变形难易程度的表征，用Y表示。定义为理想材料在小形变时应力与相应的应变之比。根据不同的受力情况，分别有相应的拉伸弹性模量(杨氏模量)、剪切弹性模量(刚性模量)、体积弹性模量等。它是一个材料常数，表征材料抵抗弹性变形的能力，其数值大小反映该材料弹性变形的难易程度。 对一般材料而言，该值比较稳定，但就高聚物而言则对温度和加载速率等条件的依赖性较明显。对于有些材料在弹性范围内应力-应变曲线不符合直线关系的，则可根据需要可以取切线弹性模量、割线弹性模量等人为定义的办法来代替它的弹性模量值。 金属丝或金属杆受拉力的作用下将发生形变，在弹性限度内形变量其正应力与成正比。其规律遵循胡克定理。胡克定律指出，在弹性限度内，弹性体的应力和应变成正比。设有一根长为L，横截面积为S的钢丝，在外力F作用下伸长了L ，则：
拉伸法测弹性模量 实验报告0204192300
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 11 日，第12周，星期 二 第 5-6 节 实验名称 拉伸法测弹性模量 教师评语 实验目的与要求： 1. 用拉伸法测定金属丝的弹性模量。 2. 掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理和方法。 3. 学会处理实验数据的最小二乘法。 主要仪器设备： 弹性模量拉伸仪（包括钢丝和平面镜、直尺和望远镜所组成的光杠杆装置）， 米尺， 螺旋测微器 实验原理和内容： 1. 弹性模量 一粗细均匀的金属丝， 长度为l ， 截面积为S ， 一端固定后竖直悬挂， 下端挂以质量为m 的砝码； 则金属丝在外力F=mg 的作用下伸长Δl 。 单位截面积上所受的作用力F/S 称为应力， 单位长度的伸长量 Δl/l 称为应变。 有胡克定律成立：在物体的弹性形变范围内，应力F/S 和Δl/l 应变成正比， 即 l l ?=E S F 其中的比例系数 l l S F E //?= 称为该材料的弹性模量。 性质： 弹性模量E 与外力F 、物体的长度l 以及截面积S 无关， 只决定于金属丝的材料。 成 绩 教师签字
实验中测定E ， 只需测得F 、S 、l 和即可， 前三者可以用常用方法测得， 而的数量级l ?l ?很小， 故使用光杠杆镜尺法来进行较精确的测量。 2. 光杠杆原理 光杠杆的工作原理如下： 初始状态下， 平面镜为竖 直状态， 此时标尺读数为n 0。 当金属丝被拉长以l ?后， 带动平面镜旋转一角度α， 到图中所示M’位置； 此时读得标尺读数为n 1， 得到刻度变化为 。 Δn 与呈正比关系， 且根据小量 01n n n -=?l ?忽略及图中的相似几何关系， 可以得到 （b 称为光杠杆常数） n B b l ??= ?2将以上关系， 和金属丝截面积计算公式代入弹性模量的计算公式， 可以得到 n b D FlB E ?= 2 8π（式中B 既可以用米尺测量， 也可以用望远镜的视距丝和标尺间接测量； 后者的原理见附录。） 根据上式转换， 当金属丝受力F i 时， 对应标尺读数为n i ， 则有 02 8n F bE D lB n i i +?= π可见F 和n 成线性关系， 测量多组数据后， 线性回归得到其斜率， 即可计算出弹性模量E 。 P.S. 用望远镜和标尺测量间距B ： 已知量： 分划板视距丝间距p ， 望远镜焦距f 、转轴常数δ 用望远镜的一对视距丝读出标尺上的两个读数N1、N2， 读数差为ΔN 。 在几何关系上忽略数量级差别大的量后， 可以得到 ， 又在仪器关系上， 有x=2B ， 则 ， （） 。 N p f x ?= N p f B ??=21100=p f 由上可以得到平面镜到标尺的距离B 。
杨氏模量实验报告记录
杨氏模量实验报告记录
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：金属丝杨氏模量的测定 学院：食品学院专业班级：食品科学与工程152班学生姓名：彭超学号： 5603115045 实验地点：基础实验大楼B106 座位号： 实验时间：第四周星期二下午十六点开始
一、实验目的：1.学会测量杨氏模量的一种方法，掌握“光杠杆镜”测量微小长度变化的原理 2.学会用“对称测量”消除系统误差 3.学习如何依实际情况对各个测量进行误差估算 4.练习用逐差法、作图法处理数据 二、实验原理： 在外力作用下，固体材料所发生的形状变化称之为形变。形变分为弹性形变和范性形变。如果加在物体上的外力停止作用后，物体能完全恢复原状的形变称之为弹性形变；如果加在物体上的外力停止作用后，物体不能完全恢复原状的形变称之为范性形变。 在许多种不同的形变中，伸长（或缩短）形变是最简单、最普遍的形变之一。本实验是针对连续、均匀、各向同性的材料做成的丝，进行拉伸试验。设细丝的原长为L ，横截面积为S ，两端受拉力(或 压力)F 后，物体伸长(或缩短)L ?。而单位长度的伸长量L L ?称为应变，单位横截面积所承受的力S F 称 为应力。根据胡克定律，在弹性限度内，应力与应变成正比关系，即 L L E S F ?= 式中比例系数E 称为杨氏弹性模量，简称杨氏模量。实验证明，杨氏模量与外力F 、物体的长度L 和截面积S 的大小无关，而只决定于物体的材料。杨氏模量是表征固体材料性质的一个重要物理量，是选定机械构件材料的依据之一。 由上式得 L S FL E ?=0 在国际单位制(SI)中，E 的单位为2-m ?N 实验证明，杨氏模量与外力F 、物体长度L 和横截面积S 的大小无关，只取决于被测物的材料特性，它是表征固体性质的一个物理量 设金属丝的直径为d ，则 2d 41 π=S L FL E ?=2d 4π 而L ?是一个微小长度变化（在此实验中 ，当L ≈１ｍ时，F 每变化１ｋg 相应的L ?约为0.3ｍｍ）。因此，本实验利用光杠杆的光学放大作用实现对钢丝微小伸长量L ?的间接测量。
传统的杨氏弹性模量实验报告
传统的杨氏弹性模量实验报告
————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：
杨氏弹性模量的测定 实验人: 杨氏弹性模量是材料弹性性质的一个主要特征量.本实验通过对钢丝杨氏弹性模量的测量,学习一种测量长度微小变化的方法:光杠杆镜尺法. [目的］ 1.测定金属丝的杨氏弹性模量. 2.掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理,学会具体的测量方法. 3.学习处理实验数据的两种方法:图解法和逐差法. [原理］ 1.金属丝受外拉力作用,会有伸长，且遵从虎克定律，有L L S mg Y ?= 其中,Y:杨氏弹性模量 mg:外力 S ：金属丝横截面积 L:金属丝长度 △L:金属丝伸长量 2.光杠杆镜尺法测微原理 如图１,该系统利用镜子放大微小变化,从而达到测微效果.结合虎克定律及光杠杆镜尺法,可得杨氏弹性模量为 图1. 拉伸法测量杨氏弹性模量原理图 标尺 l m sk LDg Y ??= 2
其中，Ｌ：金属丝原长 D:镜面到标尺的垂直距离 S:金属丝截面积 K:光杠杆前足到两后足连线的垂直距离 m ?:单个砝码质量 l ?:加/减单个砝码时,标尺读数变化量 LDg ＳK 均为常量,l m ??/由图解法和逐差法求出 ［仪器］ 杨氏模量测定仪（如图M-4-3)，调节方法如下： 1.调节光杠杆与望远镜在同一高度,光杠杆镜面尽可能铅直． 2.在望远镜外侧寻找光杠杆镜面上标尺的象(如看不到，应调节镜面方位和移动测定仪的位置) 3.移动望远镜,使其缺口与准星大致对准标尺的像． 4.调节望远镜目镜，使观察到的十字叉丝清晰. 5.调节望远镜调焦手轮,先观察到镜子，再观察到标尺，使观察到的标尺读数与十字叉丝均清晰而无视差. [实验步骤] 1.调节测定仪,使支架铅直. 2.在金属丝下端先挂一负载（如2千克)，使金属丝完全拉直,此负载为初始负载,不计入作用力内. 3.用带有卡具的米尺量出金属丝长度L. 4.在不同位置，用螺旋测微计测１0次金属丝直径d,取平均值. 5.安装光杠杆,调节望远镜,记录望远镜读数x ０,逐渐增加砝码到9×0.500ｋg,每次增加0．５０0kg ，记录望远镜读数x i ’,再逐渐减少砝码,记录望远镜读数，则x i =0.5(x ｉ’＋ x i ’’) 6.用钢皮尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D 7.用游标卡尺测量光杠杆前足到后两足连线的垂直长度K ． [注意事项]
大学物理实验教案
大学物理实验教案
大学物理实验教案 作者姓名王悦 学科(教研室) 大学物理教研室 所在院系电气工程系
第一讲：误差与数据处理 本节授课时数：2学时 一、教学内容及要求 1、测量与误差 1. 了解测量的含义，理解测量的分类和测量四要素并会判断； 2. 掌握误差的分类和误差的来源并会计算误差； 3. 熟练运用直接测量偶然误差的估计公式进行误差估计； 4. 了解系统误差的处理。 2、不确定度的概念 1. 了解不确定度的分类； 2. 熟练掌握直接测量不确定度和间接测量的不确定度的计算。 3、有效数字的处理 要求熟练掌握各种运算中的有效数字位数的取舍原则。 4、数据处理 1. 了解数据图表法的优点和缺点，会熟练作图和制表，给学生强调容易忽视 的细节：比如图名，物理量的表示和单位以及描点的要求。 2. 熟练掌握用作图法求直线的斜率和截距的方法。理解如何把曲线改直。 3. 熟练使用逐差法，了解其使用的前提和优点。 4. 了解最小二乘法的由来和优点，能够熟练使用公式了解相关系数的意义。 二、教学重点与难点 重点：
1.系统误差和偶然误差的特点； 2.不确定度和置信概率的定义和其中的物理意义； 3.不确定度的分类和具体计算，有效数字的运算法则； 4.数据处理中的逐差法和最小二乘法。 难点：不确定度的传递和有效数字的运算法则。 三、教学后记 通过绪论课，不少同学应该都建立这样的思想：实验不仅仅是动手的过程，而操作后的数据是一个比较复杂和相当重要的工作。对于现在和以后的实验，不确定度的分析是占有很重要的地位。 实践部分：11个实验不同专业学生做的略有不同
金属丝杨氏弹性模量的测定试验部分训练题
一、选择 1. 弹性模量的测定中哪个数据是用逐差法处理的？（ ） A. 光杠杆读数 B. 金属丝直径 C.金属丝长度 D. 平面镜到标尺的距离 2. 在测量杨氏模量的实验中，用光杠杆镜尺法测量的物理量是 A.标尺到镜面的距离 B. 钢丝长度 C.钢丝直径 D. 钢丝长度的伸长量 3. 用光杠杆测微小长度的变化，从望远镜视场中所看到的标尺像是 C.拉直金属丝，避免将拉直过程当为伸长过程进行测量 D. 减少初读数，消除零误差 5. 对于一定温度下金属的杨氏模量，下列说法正确的是： （ A. 只与材料的物理性质有关而与材料的大小及形状无关； B. 与材料的大小有关，而与形状无关； C. 与材料的形状有关，而与大小无关； D. 与材料的形状有关，与大小也有关； 6. 在测量杨氏模量的实验中，若目镜中的叉丝不清晰，则应调节: A.望远镜的目镜 B. 望远镜的位置 C.望远镜的调焦轮 D. 望远镜的方向 7. 光杠杆镜尺法的放大倍数为：（ ） . b B. 2b C. 2D D. D A. 2D D b 2K 8. 在测量杨氏模量的实验中，调节时在望远镜中只能看到镜子，若要看到标尺的 像应调节：（ ） A.缩小的倒立实像 B. 放大的倒立虚像 C. 缩小的正立实像 D. 放大的正立实像 4.在测定金属丝的弹性模量实验中, 通常预加一定重量的负荷, 目的是：（ ） A.消除摩擦力 B. 没有目的
A. 调焦轮 B. 目镜 C.望远镜位置 D.望远镜方向 二、判断 1.两根材料相同，长度、粗细均不相同的金属丝，它们的杨氏弹性模量应该相同。 2.在测量杨氏弹性模量的实验中，镜尺间距D的测量误差对杨氏模量的测量结果影 响最大。 3.在测量杨氏弹性模量的实验中，光杠杆的放大倍数与望远镜放大倍数有关。 4.在测量杨氏弹性模量的实验中，钢丝直径d的测量误差对杨氏模量的测量结果影 响最大。 5.拉伸法测杨氏模量实验中，采用加减砝码各测一次取平均的方法测量是为了消除 因磨擦和滞后带来的系统误差 三、简答 1 ?本实验中，为什么测量不同的长度要用不同的仪器进行？它们的最大允差各 是多少？ 2.根据实验不确定度几何合成方法，写出杨氏模量E的相对不确定度的表达式， 并指出哪一个测量影响最大。 3.本实验所用的逐差法处理数据，体现了逐差法的哪些优点？若采用相邻两项相 减，然后求其平均值，有何缺点？ 2D 2D 4 .若将丝作为光杠杆的“放大倍率”，试根据你所得的数值计算岀的值，你 b b 能想出几种改变“放大倍率”的方法来吗？ 5.光杠杆法有何特点？你能应用光杠杆法设计一个测定引力常量G的物理实验 吗？
低碳钢弹性模量e的测定实验报告doc
低碳钢弹性模量e的测定实验报告 篇一：低碳钢弹性模量E的测定 低碳钢弹性模量E的测定 一、实验目的 1．在比例极限内测定低碳钢的弹性模量E 2．验证虎克定律 二、实验设备 1． WE-300型液压式万能试验机。 2．蝶式引伸仪、游标卡尺、米尺。 三、实验原理 低碳钢弹性模量E的测定，是在比例极限以内的拉伸试验中进行的。低碳钢在比例极限内服从胡克定律，即PL0 ?L?EA0 式中，P为轴向拉力,L0是引伸仪标距长度（亦即试件的标距）,A0为试件原始截面面积。 为了验证胡克定律和消除测量中可能产生的误差，我们采用“增量法”测量低碳钢的弹性模量。就是对试件逐级增加同样大小的拉力?P，相应地由引伸仪测得在引伸仪标距范围内的轴向伸长量?li。如果每一级拉力?P增量所引起的轴向伸长量?li基本相等，这就验证了胡克定律。根据测得的各级轴向伸长量增量的平均值?l平均，可用下式算出弹性模量
E??PL0 A0?l平均 利用“增量法”进行测量时，还能判断实验有无错误(本文来自：小草范文网:低碳钢弹性模量e的测定实验报告)，因为若发现各次的应变增量不按一定规律变化，就说明实验工作有问题，应进行检查。实验时,为了消除试验机夹具与试件的间隙,以及引伸仪机构内的间隙,需要加初载荷P0 四、实验步骤 1．用游标尺测量试件直径。 2．开动万能机，使上夹头抬高3厘米，将试件上部装入试验机上夹头内， 移动下夹头到适当位置，再夹紧试件下部。 3．把蝶式引伸仪加在试件上，如图1-3所示。 4．拟定加载方案:从载荷P=4KN开始读数，以后载荷每增加2KN读一次引伸仪数据。选好测力盘,调整试验机测力指针,使其对准零点,将引伸仪上左右两只千分表上大指针,也调到零点. 5．关闭回油阀、送油阀，启动电源，缓慢打开送油阀开始加载。取P0 =4KN作为初载荷,记下引伸仪初读数.以后每增加相同载荷△P=2KN记录一次引伸仪读数,一直加到低于比例极限的某一值(如14KN)为止。 6．停机。检查引伸仪读数差值是否大致相等,如果数值相差太大,须重新测量。
杨氏模量实验报告汇总
南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：金属丝杨氏模量的测定 学院：食品学院专业班级：食品科学与工程152班 学生姓名：彭超学号： 5603115045 实验地点：基础实验大楼B106 座位号： 实验时间：第四周星期二下午十六点开始
）调节测定仪支架螺丝，使支架竖直，使夹头刚好穿过平台上的圆孔而不会与平台发生摩擦（1 ）将杠杆后尖脚置于夹头上，两尖脚置于平台凹槽上（2 ）调节光杠杆与望远镜、米尺中部在同一高度上（3）调节望远镜的位置或光杠杆镜面仰角，直至眼睛在望远镜目镜附近能直接（不通过望远镜筒）从4（光杠杆镜面中观察到标尺中部的像）细微调节望远镜方位和仰角调节螺丝，直至望远镜上缺口与准星连线粗略对准光杠杆镜面（5 （6）调节望远镜目镜调焦旋钮，直至在望远镜中能看清叉丝。）调节望远镜的物镜调焦旋钮直至在望远镜中能看清整个镜面。（如果只能看到部分镜面，应调节7（望远镜仰角调节螺丝，直至看到整个镜面）。 8）继续调节望远镜的物镜调焦旋钮，直至在望远镜中能看清标尺中部读数。（）如果只有部分标尺清楚，说明只有部分标尺聚焦，应调节望远镜仰角调节螺丝直至视野中标尺读（9 数完全清楚。 四、实验内容和步骤：个底脚螺丝，同时观察砝码挂在钢丝下端钢丝拉直，调节杨氏模量仪底盘下面的32kg（1）用放在平台上的水准尺，直至中间平台处于水平状态为止。 ）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（2端圆柱形套管上（注意一定要放在金属套管的边上，不能放在缺口的位置），并使光杠杆镜镜面基本所示。垂直或稍有俯角，如图6-1左右处，松开望远镜固定螺钉，上下移动使得望远2m（3）望远镜调节。将望远镜置于距光杆镜移动望远镜固定架位置，从望远镜筒上方沿镜筒轴线瞄准光杠杆镜面，镜和光杠杆镜的镜面基本等高。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为止。n砝，然后每加上1kg砝码时的读数作为开始拉伸的基数（4）观测伸长变化。以钢丝下挂 2kg0n,n,n,n,n,n,n,n这是钢丝拉伸过程中的读数变, 这样依次可以得到码，读取一次数据, 76543210''''''''nnnnnnnn砝码，读取一次数据，依次得到1kg化。紧接着再每次撤掉，这是钢丝收缩过程中50671342的读数变化。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
实验九 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量
实验九用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 弹性模量是衡量材料受力后发生形变大小的重要参数之一，弹性模量越大，越不易发生形变。本实验采用拉伸法测量杨氏弹性模量。实验中，涉及到较多长度量的测量，根据不同测量对象，选用不同的测量仪器。本实验要求能通过 1.掌握用光杠杆法测量微小长度的原理和方法。 2.用杨氏弹性模量仪，掌握拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量。 3.学会用逐差法处理实验数据。 【实验仪器】 杨氏弹性模量仪，钢卷尺，水准仪，螺旋测微器。 【实验原理】 一、拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量 设一粗细均匀的金属丝长为L，截面积为S，上端固定，下端悬挂砝码，金属丝在外力F的作用下发生形变，伸长L Δ。根据胡克定律，在弹性限度内，金属丝的胁强F S和产生的胁变L L ?成正比。 即F L E S L ? =（9-1） 或 FL E S L = ? （9-2） 式中比例系数E称为杨氏弹性模量。在国际单位制中，杨氏弹性模量的单位为牛每平方米，记为2- ?m N。 实验证明，杨氏弹性模量与外力F、物体的长度L和截面积S的大小无关，它只决定于材料的性质。它是表征固体材料性质的一个物理量。在式（9-2）的右端，L F、和S可用一般的仪器 和方法测得，唯有L Δ是一个微小变化量，需用光杠杆法测量。 二、光杠杆法测微小长度 将一平面镜固定在T形横架上，在支架的下部安置三个尖脚就构成一个光杠杆，如图9-1所示。
用光杠杆法测微小长度原理图如图9-2所示，假定开始时平面镜M 的法线 no O 在水平位置，则标尺H 上的标度线0n 发出的光通过平面镜M 反射后，进入望远镜，在望远镜中观察到0n 的像。当金属丝受外力而伸长后，光杠杆的主杆尖脚随金属丝下降L Δ，平面镜转过一角度α。根据光的反射定律，镜面旋转α角，反射线将旋转α2角，这时在望远镜中观察到2n 的像。从图9—2可见 (93)L tg b α?= - 20 _2(94)n n l tg D D α==- 式中b 为光杠杆主杆尖脚到前面两脚连线的距离；D 为标尺平面到平面镜的距离；l 为从望远镜中观测到的两次标尺读数之差。 当b L <
弹性模量的测量实验报告
弹性模量的测量实验报告 一、拉伸法测量弹性模量 1、实验目的 (1) 学习用拉伸法测量弹性模量的方法; (2) 掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用; (3) 学习用逐差法处理数据。 2、实验原理 （1）、杨氏模量及其测量方法 本实验讨论最简单的形变——拉伸形变,即棒状物体(或金属丝)仅受轴向外力作用而发生伸长的形变(称拉伸形变)。设有一长度为L ,截面积为S 的均匀金属丝,沿长度方向受一外力后金属丝伸长δL 。单位横截面积上的垂直作用力F /S 成为正应力,金属丝的相对伸长δL /L 称为线应变。实验结果指出,在弹性形变范围内,正应力与线应变成正比,即 L L E S F δ= 这个规律称为胡克定律，其中L L S F E //δ= 称为材料的弹性模量。它表征材料本身的性质,E 越大的材料,要使他发生一定的相对形变所需的单位横截面积上的作用力也越大，E 的单位为Pa(1Pa = 1N/m 2; 1GPa = 109Pa)。 本实验测量的是钢丝的弹性模量,如果测得钢丝的直径为D ,则可以进一步把E 写成: L D FL E δπ2 4= 测量钢丝的弹性模量的方法是将钢丝悬挂于支架上,上端固定,下端加砝码对钢丝施力F ,测出钢丝相应的伸长量δL ,即可求出E 。钢丝长度L 用钢尺测量,钢丝直径D 用螺旋测微计测量,力F 由砝码的重力F = mg 求出。实验的主要问题是测准δL 。δL 一般很小,约10?1mm 数量级,在本实验中用读数显微镜测量(也可利用光杠杆法或其他方法测量)。为了使测量的δL 更准确些,采用测量多个δL 的方法以减少测量的随机误差,即在钢丝下端每加一个砝码测一次伸长位置,逐个累加砝码,逐次记录伸长位置。通过数据处理求出δL 。
大学物理实验电子教案模板
大学物理实验教案 实验题目 霍耳效应法测量磁场 实验性质 基本实验 实验学时 3 教师 冷雪松 教学目的 1、熟悉和掌握霍尔磁场测试仪器和霍尔效应装置的使用方法 2、了解霍尔效应产生的原理 3、学习和掌握了用霍尔效应的方法测量磁场 4、学习霍尔效应研究半导体材料的性能的方法以及消除副效应影响的方法重点 消除副效应对测量结果的影响 难点 霍尔效应的产生机理 怎样消除影响测量准确性的附加效应 教 学 过 程
设 计 课前的准备： 仪器设备的检查，注意要校准砝码。 实验的预做（采集三组以上数据进行处理）。 作出数据表格设计的参考。 课上教学的设计： 一、课上的常规检查（预习报告、数据表格的设计等）。(5 分钟) 二、讲解的设计(30分钟) 1、引言 德国物理学家霍尔（E.H.Hall）1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现，任何导体通以电流时，若存在垂直于电流方向的磁场，则导体内部产生与电流和磁场方向都垂直的电场，这一现象称为霍尔效应，它是一种磁电效应(磁能转换为电能)。二十世纪五十年代以来，由于半导体工艺的发展，先后制成了多种有显著霍尔效应的材料，这一效应的应用研究也随之发展起来。现在，霍尔效应已在测量技术、自动化技术、计算机和信息技术等领域得到了广泛的应用。在测量技术中，典型的应用是测量磁场。 测量磁场方法不少，但其中以霍尔效应为机理的测磁方法因结构简单、体积小、测量速度快等优点而有着广泛的应用，本实验就是采用这种方法。通过本实验了解霍尔效应的物理原理，掌握用磁电传感器——霍尔元件测量磁场的基本方法，学习用异号法消除不等位电压产生的系统误差。 2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计 原则 实验原理 霍尔效应实质上是运动电荷在磁场中受到洛仑磁力的作用后发生偏转而产生的，当霍尔电场力与洛仑磁力平衡时，霍尔片中载流子不在迁移，这样就在霍尔片的上下两个平面间形成了恒定的电位差——霍尔电位差UH，实验测定 系数RH=1/ne称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，载流子浓度n越小,则RH越大，UH也越大，所以只有当半导体(n比金属的小得多)出现以后，霍尔效应的应用才得以发展。对于特定的霍尔元件，其厚度d确定，定义霍尔灵敏度KH=RH /d，KH与霍尔片的材料性质、几何尺寸有关，对于一定的霍尔片，其为常数。这样 上式是霍尔效应测磁场的基本理论依据，只要已知KH，用仪器测出I及UH，则可求出磁感应强度B。 3、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学 生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新能力。) 1）、测量霍尔元件的不等位电势差 2）、测量霍尔片的特性曲线 4.数据的测量与处理要求用做图法处理数据. 5．介绍主要仪器设备与使用 6．强调实验中要注意的问题 1）、霍尔片又薄又脆，切勿用手摸。
动态法测杨氏模量实验报告
动态法测量杨氏模量 一、 实验目的 1. 理解动态法测量杨氏模量的基本原理。 2. 掌握动态法测量杨氏模量的基本方法，学会用动态法测量杨氏模量。 3. 了解压电陶瓷换能器的功能，熟悉信号源和示波器的使用。学会用示波器观察判断样品共振的方法。 4. 培养综合运用知识和使用常用实验仪器的能力。 二、 实验原理： 在一定条件下，试样振动的固有频率取决于它的几何形状、尺寸、质量以及它的杨氏模量。如果在实验中测出试样在不同温度下的固有频率，就可以计算出试样在不同温度下的杨氏模量。 根据杆的横振动方程式 02 244=??+??t y EJ S x y ρ （1） 式中ρ为杆的密度，S 为杆的截面积，?= s dS y J 2 称为惯量矩（取决于截面的形状），E 即为杨氏模量。 如图1所示，长度L 远远大于直径d （L >>d ）的一细长棒，作微小横振动（弯曲振动）时满足的动力学方程（横振动方程）为 02244=??+??t EJ y S x y ρ （1） 棒的轴线沿x 方向，式中y 为棒上距左端x 处截面的y 方向位 移，E 为杨氏模量，单位为Pa 或N/m 2；ρ为材料密度；S 为 截面积；J 为某一截面的转动惯量，??=s ds y J 2。 横振动方程的边界条件为：棒的两端(x =0、L )是自由端，端点既不受正应力也不受切向力。用分离变量法求解方程（1），令)()(),(t T x X t x y =，则有 2 24411dt T d T EJ S dx X d X ?-=ρ （2） 由于等式两边分别是两个变量x 和t 的函数，所以只有当等式两边都等于同一个常数时等式才成立。假设此常数为K 4，则可得到下列两个方程 044 4=-X K dx X d （3） 0422=+T S EJ K dt T d ρ （4） 如果棒中每点都作简谐振动，则上述两方程的通解分别为 图1 细长棒的弯曲振动
传统的杨氏弹性模量实验报告
氏弹性模量的测定 实验人： 氏弹性模量是材料弹性性质的一个主要特征量.本实验通过对钢丝氏弹性模量的测量,学习一种测量长度微小变化的方法:光杠杆镜尺法. [目的] 1. 测定金属丝的氏弹性模量. 2. 掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理,学会具体的测量方法. 3. 学习处理实验数据的两种方法:图解法和逐差法. [原理] 1. 金属丝受外拉力作用,会有伸长,且遵从虎克定律,有L L S mg Y ?= 其中,Y:氏弹性模量 mg:外力 S:金属丝横截面积 L:金属丝长度 △L:金属丝伸长量 2. 光杠杆镜尺法测微原理 如图1,该系统利用镜子放大微小变化,从而达到测微效果.结合虎克定律及光杠杆镜尺法,可得氏弹性模量为 图1. 拉伸法测量杨氏弹性模量原理图 标尺 l m sk LDg Y ??= 2
其中,L:金属丝原长 D:镜面到标尺的垂直距离 S:金属丝截面积 K:光杠杆前足到两后足连线的垂直距离 m ?:单个砝码质量 l ?:加/减单个砝码时，标尺读数变化量 LDgSK 均为常量,l m ??/由图解法和逐差法求出 [仪器] 氏模量测定仪(如图M-4-3),调节方法如下: 1. 调节光杠杆与望远镜在同一高度,光杠杆镜面尽可能铅直. 2. 在望远镜外侧寻找光杠杆镜面上标尺的象(如看不到,应调节镜面方位和移动测定仪的位置) 3. 移动望远镜,使其缺口与准星大致对准标尺的像. 4. 调节望远镜目镜,使观察到的十字叉丝清晰. 5. 调节望远镜调焦手轮,先观察到镜子，再观察到标尺，使观察到的标尺读数与十字叉丝均清晰而无视差. [实验步骤] 1. 调节测定仪,使支架铅直. 2. 在金属丝下端先挂一负载(如2千克),使金属丝完全拉直,此负载为初始负载,不计入作用力. 3. 用带有卡具的米尺量出金属丝长度L. 4. 在不同位置，用螺旋测微计测10次金属丝直径d,取平均值. 5. 安装光杠杆,调节望远镜,记录望远镜读数x 0,逐渐增加砝码到9×0.500kg,每次增加0.500kg,记录望远镜读数x i ’,再逐渐减少砝码,记录望远镜读数,则x i =0.5(x i ’+ x i ’’) 6. 用钢皮尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D 7. 用游标卡尺测量光杠杆前足到后两足连线的垂直长度K. [注意事项] 1. 调节望远镜时,注意消除视差,即要求标尺读数相对十字叉丝无相对位移.
杨氏模量实验报告
钢丝的杨氏模量 【预习重点】 （１）杨氏模量的定义。 （２）利用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法。 （３）用逐差法和作图法处理实验数据的方法。 【仪器】 杨氏模量仪（包括砝码组、光杠杆及望远镜-标尺装置）、螺旋测微器、钢卷尺。 【原理】 １）杨氏模量 物体受力产生的形变，去掉外力后能立刻恢复原状的称为弹性形变；因受力过大或受力时间过长，去掉外力后不能恢复原状的称为塑性形变。物体受单方向的拉力或压力，产生纵向的伸长和缩短是最简单也是最基本的形变。设一物体长为Ｌ，横截面积为Ｓ，沿长度方向施力Ｆ后，物体伸长（或缩短）了δＬ。Ｆ／Ｓ是单位面积上的作用力，称为应力，δＬ／Ｌ是相对变形量，称为应变。在弹性形变范围内，按照胡克（ＨｏｏｋｅＲｏｂｅｒｔ１６３５—１７０３）定律，物体内部的应力正比于应变，其比值 （５—１） 称为杨氏模量。 实验证明，Ｅ与试样的长度Ｌ、横截面积Ｓ以及施加的外力Ｆ的大小无关，而只取决于试样的材料。从微观结构考虑，杨氏模量是一个表征原子间结合力大小的物理参量。 ２）用静态拉伸法测金属丝的杨氏模量 杨氏模量测量有静态法和动态法之分。动态法是基于振动的方法，静态法是对试样直接加力，测量形变。动态法测量速度快，精度高，适用范围广，是国家标准规定的方法。静态法原理直观，设备简单。 用静态拉伸法测金属丝的杨氏模量，是使用如图５—１所示杨氏模量仪。在三角底座上装两根支柱，支柱上端有横梁，中部紧固一个平台，构成一个刚度极好的支架。整个支架受力后变形极小，可以忽略。待测样品是一根粗细均匀的钢丝。钢丝上端用卡头Ａ夹紧并固定在上横梁上，钢丝下端也用一个圆柱形卡头Ｂ夹紧并穿过平台Ｃ的中心孔，使钢丝自由悬挂。通过调节三角底座螺丝，使整个支架铅直。下卡头在平台Ｃ的中心孔内，其周围缝隙均匀而不与孔边摩擦。圆柱形卡头下方的挂钩上挂一个砝码盘，当盘上逐次加上一定质量的砝码后，钢丝就被拉伸。下卡头的上端面相对平台Ｃ的下降量，即是钢丝的伸长量δＬ。钢丝的总长度就是从上卡头的下端面至下卡头的上端面之间的长度。钢丝的伸长量δＬ是很微小的，本实验采用光杠杆法测量。 ３）光杠杆
金属杨氏弹性模量的测量实验预习报告
金属杨氏弹性模量的测量实验预习报告 实验目的： 1. 掌握不同长度测量器具的选择和使用方法； 2. 掌握用光杠杆测微小长度变化量的原理和方法； 3. 学会用逐差法和作图法处理数据。 (通过实验目的可以知道本实验中要用到几种测量长度的器具，要提前预习使用方法，并且要熟悉“光杠杆”测微小长度变化的方法以及用逐差法、作图法处理数据) 实验原理： L L E S F Δ= （1）（弹性限度内，应变与应力关系式） 实验模型：粗细均匀的金属丝原长L ，横截面积为S ，在轴向拉力F 的作用下伸长L Δ，定义L L Δ为应变，单位横截面积所受的力S F 为应力。（1）式中比例常数E 称为杨氏模量。 由（1）式： L S FL E Δ= （所以实验当中需要测量L S L F Δ,,,几个量才能计算出杨氏模量，究竟如何测量呢？） 实验仪器： 杨氏模量测定仪、砝码、螺旋测微器、米尺、钢板尺等。（应该在下面阅读中仔细查阅杨氏模量测定仪、螺旋测威器的结构及使用方法如杨氏模量仪中光杠杆及其测微小长度变化的原理、螺旋测微器的读数方法；并思考如何选择上面几种测量仪器） 实验仪器的简要预习（包括原理图，注意事项，使用方法，相应的公式） 实验装置图如上，当钢丝受力伸长时，平面镜后足尖a 下降量就是钢丝伸长量L Δ，平面镜绕bc 轴转动θ角度。由光杠杆原理（将长度微小变化量L Δ经平面镜转变为微小角度 变化θ， 再经尺读望远镜转变为刻度尺上较大范围的读数变化量||0x x i ?，通过测量||0x x i ?实现对长度微小变化量L Δ的测量）： l L Δ=≈θθtg D x x i | 2tg 20?= ≈θθ 于是有
杨氏弹性模量测量
杨氏弹性模量测量 【实验目的】 1、学习光杠杆原理及使用光杠杆测量微小长度变化时的调节方法及测量方法。 2、学习使用逐差法处理数据 3、用拉伸法测定钢丝的杨氏弹性模量。 【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，这种形变称为范性形变。 协强：单位面积上所受到的力（F/S）。 协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。 胡克定律：在物体的弹性限度内，胁强于胁变成正比，其比例系数称为杨氏模量（记为Y）。用公式表达为： (1) Y在数值上等于产生单位胁变时的胁强。它的单位是与胁强的单位相同。杨氏弹性模量是材料的属性，与外力及物体的形状无关。本试验主要测量的是钢丝的杨氏弹性模量。 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 的拉伸下，钢丝的伸长量DL 是很小的量。用一般的的长度测量仪器无法测量。在本实验中采用光杠杆镜尺法。 图 光杠杆是一块平面镜直立的装在一个三足底板上。三个足尖f 1，f 2，f 3构成一个等腰三角形。f 1，f 2为等腰三角形的底边。f 3到这底边的垂直距离（即距离三角形底边上的高）为光杠杆常数，记为b 。如果f 1，f 2在一个平台上，而f 3下降DL ，那么平面镜将绕f 1，f 2转动q 。 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r 0。当f 3 下降DL 时，平面镜将绕f 1，f 2转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r 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a 1 = r 1 – r 0。
用拉伸法测定金属材料的杨氏弹性模量实验过程
学会用拉伸法测定金属材料的杨氏弹性模量 杨氏弹性模量是表征固体性质的重要物理量，尤其在工程技术中有其重要的意义，常用于固体材料抗形变能力的描述和作为选定机械构件的依据。 测量杨氏弹性模量的方法很多，本实验采用拉伸法。 [实验目的] （1）学习测量杨氏弹性模量一种方法。 （2）掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理和方法。 （3）熟练掌握运用逐差法处理实验数据。 [实验仪器］ YMC —1杨氏弹性模量仪、光杠杆镜尺组、千分尺、钢卷尺、m 千克砝码若干。 [实验原理］ 在外力作用下，固体发生的形状变化叫形变，形变分弹性形变和范性形变。本实验测量钢丝杨氏弹性模量是在钢丝的弹性范围内进行的，属弹性形变的问题，最简单的弹性形变是在弹性限度内棒状物受外力后的伸长和缩短。设一根长度为L 、横截面积为S 的钢丝，沿长度方向施加外力F 后，钢丝伸长ΔL 。根据胡克定律：胁变（ΔL/L ）与胁强（F/S ）成正比，写成等式后，胁变前的比例系数就是杨氏弹性模量即 L S FL Y ?= （17—1） Y 就是该钢丝的杨氏弹性模量，单位是NM -2。 由式（17-1）可知，只要测量出等号右端的F 、L 、S 、ΔL 等量，即可测定杨氏弹性模量Y 。显然，F 、L 、S 可用一般量具测出，而钢丝的微小伸长量ΔL ，使用一般的量具进行精确的测量是困难的，这是因为ΔL 很小，当L 为1m ，S 为1mm 2 时，每牛顿力的伸长量ΔL 约为5×10-3mm ），不能用直尺测量， 也不便于用大型卡尺和千分尺测量，所以，通常采用光杠杆法。 杠杆的放大原理是大家熟知的，若利用光的性质，采用适 当的装置，使之起到同样放大作用，这种装置就称为光杠杆（图 17-1）。光杠杆是由T 型足架和小镜组成，测量时，还必须加上 读数系统的镜尺组（望远镜和标度尺，参阅图17-2）。在本实验 中，光杠杆足架上的前双足应安放在杨氏模量仪固定平台上的沟槽内，后单足则置于钢丝下端的圆柱形夹头上。 当钢丝伸长ΔL 时，光杠杆 后单足随钢丝夹头下降ΔL ，此 时，光杠杆小镜后仰α角（图 17-2），则：b L tg ?=α 其中，b 为光杠杆后单足到 前双足的垂直距离。
拉伸法测弹性模量实验报告.doc
大连理工大学 大学物理实验报告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 成 绩 姓 名 童凌炜 学号 5 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 11 日，第 12 周，星期 二 第 5-6 节 教师签字 实验名称 拉伸法测弹性模量 教师评语 实验目的与要求： 1. 用拉伸法测定金属丝的弹性模量。 2. 掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理和方法。 3. 学会处理实验数据的最小二乘法。 主要仪器设备： 弹性模量拉伸仪（包括钢丝和平面镜、直尺和望远镜所组成的光杠杆装置） ， 米尺， 螺旋测微器 实验原理和内容： 1. 弹性模量 一粗细均匀的金属丝， 长度为 l ， 截面积为 S ， 一端固定后竖直悬挂， 下端挂以质量为 m 的 砝码； 则金属丝在外力 的作用下伸长 l 。 单位截面积上所受的作用力 F/S 称为应力， 单 F=mg 位长度的伸长量l/l 称为应变。 有胡克定律成立：在物体的弹性形变范围内，应力 F/S 和 l/l 应变成正比， 即 F E l Sl 其中的比例系数 F / S E l / l 称为该材料的弹性模量。 性质： 弹性模量 E 与外力 F 、物体的长度 l 以及截面积 S 无关， 只决定于金属丝的材料。
实验中测定E，只需测得F、S、l 和l 即可，前三者可以用常用方法测得，而l 的数量级很小，故使用光杠杆镜尺法来进行较精确的测量。 2. 光杠杆原理 光杠杆的工作原理如下：初始状态下，平面镜为竖直状态，此时标尺读数为 n0。当金属丝被拉长 l 以后，带动平面镜旋转一角度α，到图中所示 M’位置；此时读得标尺读数为n1，得到刻度变化为n n1 n0。n与l 呈正比关系，且根据小量忽略及图中的相似几何关系，可以得到 b n （ b 称为光杠杆常数） l 2B 将以上关系，和金属丝截面积计算公式代入弹性模量的计算公式，可以得到 E 8FlB D 2b n （式中 B 既可以用米尺测量，也可以用望远镜的视距丝和标尺间接测量；后者的原理见附录。）根据上式转换，当金属丝受力 F i时，对应标尺读数为n i，则有 8lB n i D 2bE F i n0 可见 F 和 n 成线性关系，测量多组数据后，线性回归得到其斜率，即可计算出弹性模量E。 . 用望远镜和标尺测量间距B： 已知量：分划板视距丝间距p，望远镜焦距 f 、转轴常数δ 用望远镜的一对视距丝读出标尺上的两个读数N1、N2，读数差为N。在几何关系上忽略数量级差别大的量后， 可以得到 x f N ，又在仪器关系上，有 x=2B，则 B 1 f N ，（ f 100 ）。p 2p p 由上可以得到平面镜到标尺的距离B。