金属的杨氏模量的测量.doc

薇肅螂羃肁衿螆金属的杨氏模量的测量虿膅薆莃葿芄蒆当固体受外力作用时,它的体积和形状将要发生变化,这种变化,称为形变。当外力不太大时,物体的形变与外力成正比,且外力停止作用物体立即恢复原来的形状和体积,这种形变称为弹性形变。当外力较大时,物体的形变与外力不成比例,且外力停止作用,物体形变不能恢复原来的形状和体积,这种形变称为范性形变。范性形变的产生,是由于物体形变而产生的内应力超过了物体的弹性限度的缘故。如果再继续增大外力,物体内产生的内应力将会超过物体的强度极限时,物体便被破坏了。莈膅薁螄芁罿芃固体材料的弹性形变可以分为纵向、切变、扭转、弯曲等,对于纵向弹性形变可以引入杨氏模量来描述材料抵抗形变的能力。杨氏模量是反映材料形变与内应力关系的一个重要的物理量。杨氏模量越大,越不易发生形变。杨氏模量一般只与材料的性质和温度有关,与其几何形状无关。材料杨氏模量测量方法很多,有静态法和动态法。对于静态法来说,又可分为拉伸法和弯曲法。膇芅羇膅虿羆羁Ⅰ.拉伸法测定钢丝的杨氏弹性模量芀莄薄节莁聿袈【实验目的】。。、作图法和最小二乘法的数据处理方法。。薀蚄膁蚁螀艿衿【实验仪器】莈螄腿肂蒂蚃羇杨氏模量测量仪、螺旋测微器、钢卷尺、读数显微镜装置等。肇膈膄蒃袀荿膂【实验原理】膀芈芆袄蚂莅膈一、拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量衿莇羃芅肀荿蚆设有一根粗细均匀的金属丝,长度为,截面积为,将其上端紧固,下端悬挂质量为的砝码。当金属丝受外力作用而发生形变时,金属丝受外力作用发生形变而产生的内应力,其应变为,根据虎克定律有:在弹性限度内,物体的应力与产生的应变成正比,即蚈莇蚇莂螂肇肅(Ⅰ.1)蒇蒇蚂螃芀蒈薂式中为比例恒量,将上式改写为蒀薇肈膄羂薅罿(Ⅰ.2)艿蚇蒁薅葿薈螈其中为该材料的杨氏弹性模量(又称杨氏模量),在数值上等于产生单位应变的应力。实验证明,杨氏模量与外力、金属丝的长度、横截面积的大小无关,它只与制成金属丝的材料有关。羇螇葿螁膁芇膃若金属丝的直径为,则,将其代入(Ⅰ.2)式中可得螆袇蒄膂蕿蚈羁(Ⅰ.3)蝿羇薆薃芁蚅虿(Ⅰ.3)式表明,在长度、直径和所加外力相同的情况下,杨氏模量大的金属丝伸长量较小,杨氏模量小的金属丝伸长量较大。因此,杨氏模量反映了材料抵抗外力引起的拉伸(或压缩)形变的能力。实验中,测量出、、和值就可以计算出金属丝的杨氏模量。其中、、都可用一般方法测得,唯有是一个微小的变化量,约数量级,用普通量具如钢尺或游标卡尺是难以测准的。因此,实验的核心问题是对微小变化量的测量。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)薈羆芃羄蝿螈衿二、杨氏模量测量仪莇肆羇莅蒁莇薆杨氏模量测量仪的基本结构如图1所示。在一个较重的三脚底座上固定有两根立柱,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。通过调节三角底座的水平调节螺母13使整个支架铅直。待测样品是一根粗细均匀的金属丝(长约90cm)。金属丝上端用上端紧固座2夹紧并固定在上横梁上,钢丝下端也用一个钳形平台5夹紧并穿过平台的中心孔,使金属丝自由悬挂。钢丝的总长度就是从上端固定座2的下端面至钳形平台5的上端面之间的长度。钳形平台5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,标尺刻线6也跟着下降。读数标尺9相对钳形平台5的下降量,即是钢丝的伸长量。莀膆肂蒂膃肂蒀读数显微镜装置由测微目镜(详见附件)、带有物镜的镜筒以及可以在导轨上前后移动的底座组成。;;;;;;;;;;;;。蝿薆膇袁薂薆膄图Ⅰ.1杨氏模量测量仪蒈薆蒃节羀芈膀【实验内容】芇蚅袆蚃蚂蚆蚈一、,使仪器底座水平(可用水准器),测试仪立柱铅直,使金属丝下端的小圆柱与钳形平台无摩擦地上下自由移动,旋紧金属丝上端的固定座,使圆柱两侧刻槽对准钳形平台两侧的限位螺钉,两侧同时对称地将限位螺钉旋入刻槽中部,在减小摩擦的同时,又能避免发生扭转和摆动现象。聿