拉伸法测杨氏模量.ppt

拉伸法测杨氏弹性模量
物理实验中心
实验名称
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引言
杨氏模量(Young's modulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量。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。我们这次课主要给大家讲如何利用拉伸法测杨氏弹性模量。
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实验目的
学习用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量;
掌握光杠杆测定微小伸长量的原理(重点);
掌握光杠杆放大系统的调节方法(重难点);
掌握三种基本长度测量仪器的使用。
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实验内容
测量钢丝的杨氏模量
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实验原理
设有一根粗细均匀长为L,横截面积为S的钢丝,在受到沿长度方向的外力F作用下伸长量为∆L。根据虎克定律,在弹性限度内,弹性体的相对伸长量∆L/L与物体的应力F/S成正比,即
其中比例系数Y就是该材料的杨氏弹性模量,简称杨氏模量。
若钢丝的直径d,则横截面积为S=πd2/4,得
∆L是微小形变量(数量级为10-2mm),无法用一般的长度测量仪器进行测量,因此实验中用光杠杆放大原理进行测量。
1、杨氏模量
钢丝
应力0
F
砝码
应变
S
L
⊿L
S
量纲是N•m-2
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实验原理
2、光杠杆放大原理
光杆杆放大原理装置图
xi
放大倍数
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实验原理
3、钢丝杨氏模量测量公式
F :砝码对钢丝所产生的重力(F=mg)
L:钢丝的长度(用卷尺测量)
d:钢丝的直径(用螺旋测微计测量)
D:光杠杆镜面到标尺的垂直距离(用卷尺测量)
l:光杠杆前后足的垂直距离(用游标卡尺测量)
∆ x:增加砝码使望远镜中的标尺位置发生变化的量
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杨氏模量测定仪
实验仪器
钢丝
光杠杆
平台夹头(随钢丝下降而下降)
直标尺
锁紧螺钉
调焦旋钮
目镜
缺口
准星
望远镜
俯仰螺钉
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实验仪器
游标卡尺
13mm
17×=
13+=
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实验仪器
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螺旋测微计(千分尺)——读数
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