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[整理版]试验1拉伸法测量杨氏模量实验1拉伸法测量杨氏模量杨氏弹性模量(以下简称杨氏模量)是表征固体材料性质的重要的力学参量,它反映材料弹性形变的难易程度,在机械设计及材料性能研究中有着广泛的应用。其测量方法有静态拉伸法、悬臂梁法、简支梁法、共振法、脉冲波传输法,后两种方法测量精度较高;本实验采用静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量,因涉及多个长度量的测量,需要研究不同测量对象如何选择不同的测量仪器。【实验目的】。、螺旋测微计和读数显微镜的使用。。。【仪器用具】杨氏模量测量仪(包括砝码、待测金属丝)、螺旋测微计、钢卷尺、读数显微镜【实验原理】——拉伸形变,即棒状物体(或金属丝)仅受轴向外力作用后的,FL伸长或缩短。按照胡克定律:在弹性限度内,弹性体的应力与应变成正比。SLlS,LF设有一根原长为,横截面积为的金属丝(或金属棒),在外力的作用下伸长了,则根据胡克定律有FL,(1-1),E()SL–2EE式中的比例系数称为杨氏模量,单位为Pa(或N?m)。实验证明,杨氏模量与外力SFL、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。12dS,,d若金属丝的直径为,则,代入(1-1)式中可得4FL4E,(1-2)2dL,,(1-2)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)F、L、d、,LE形变的能力。实验中,测量出值就可以计算出金属丝的杨氏模量。,上端固定,下端加砝码对金,L属丝,测出金属丝的伸长量,即可求出。金属丝长度用钢卷尺测量,金属丝直径FELd,L用螺旋测微计测量,力由砝码的重力求出。实验的主要问题是测准伸长量,FF,mg-1伸长量一般很小,约10mm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,L,L其他方法测量)。为了使测量更准确些,采用测量多个的方法以减少测量的随机误差,即在金属丝下端每加一个砝码测一次伸长位置,逐个累加砝码,逐次记录长度;通过逐差法,L(参考绪论)求出。考虑到读数显微镜物镜的放大倍率为X和砝码的重力,拉F,mg伸法测量杨氏模量的实验公式为mgLX4E(1-3),2,d,(参考绪论),杨氏模量的相对不确定度计算式E为:22222u2uuuuu,,,,,,,,,,,mdLELX,,,,,,,,,,,,,,,(1-4),EmLdLX,,,,,,,,,,(实验设计项目)E本实验利用显微镜测微小长度变化,根据(1-3)式测量金属丝的杨氏模量,试分析测量时须满足哪些实验条件,有哪些因素将导致系统误差的产生,请读者根据实验要求,理E论联系实际地讨论提高测量结果的精确度的方法和途径。【仪器介绍】-1所示。主要包括以下两部分:金属丝支架和砝码:杨氏模量仪的底座是一个水平底座,四个角下都有螺旋底脚12,用于调节底座水平。在两根立柱之间有上下两个横梁。待测金属丝(长约80cm)的上端被上梁侧面的夹板1夹牢,下端用小夹板夹在连接方框上,方框下旋进一个螺钉吊起砝码盘7,框子的侧面固定一个十字叉丝板6,下梁一侧有连接框的防摆动装置,只需将两个螺丝5调到适当位置,就能够限制增减砝码引起的连接框的扭转和摆动。读数显微镜装置:测微目镜和带有物镜的镜筒、磁性底座(带锁紧钮支架,支架纵向、横向、升降三个方向可微调)。,常作为精密光学仪器的附件,例如在内调焦平行光管和测角仪上均装有这种目镜;它也可单独使用,直接测量非定域干涉条纹的宽度或由光学系统所成实像的大小等。其主要特点是量程小(0~8mm),但准确度较高。图1–-2是测微目镜的结构示意图。目镜筒1与本体盒2相连,利用固定螺丝8和接头套筒7可将测微目镜固定在特定的支架上,亦可装在诸如内调焦平行光管、测角仪、生物显微镜等仪器上作可测量目镜用。目镜焦平面的内侧装有一块量程为8mm的刻线玻璃标尺3,其分度值为1mm,,上面刻有斜十字准线和一平行双线。人眼贴近目镜筒观察时,即可在明视距离处看到玻璃标尺上放大的刻度线和活动分划板上