拉伸法测杨氏模量.doc

,了解其应用。。。实验器材杨氏模量测定仪,望远镜标尺架,光杠杆,标准砝码(1kg),钢卷尺,游标卡尺,螺旋测微计,重垂等。力作用于物体所引起的效果之一是使受力物体发生形变,物体的形变可分为弹性形变和塑性形变。固体材料的弹性形变又可分为纵向、切变、扭转、弯曲,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。杨氏模量是表征固体材料性质的一个重要的物理量,是工程设计上选用材料时常需涉及的重要参数之一,一般只与材料的性质和温度有关,与其几何形状无关。实验测定杨氏模量的方法很多,如拉伸法、弯曲法和振动法(前两种方法可称为静态法,后一种可称为动态法)。本实验是用静态拉伸法测定金属丝的杨氏模量。在研究的纵向弹性形变时,根据杨氏弹性模量的特点,为了计算材料内部各点应力和应变的方便,可将材料做成柱状。因此,本实验中的样品为一根粗细均匀的细钢丝。为了测量细钢丝的微小长度变化,实验中使用了光杠杆放大法,利用光杠杆不仅可以测量微小长度变化,也可测量微小角度变化和形状变化。由于光杠杆放大法具有稳定性好、简单便宜、受环境干扰小等特点,在许多生产和科研领域得到广泛应用。本实验可以在实验方法,数据处理,长度测量等方面使学员得到基本的训练。实验原理一、杨氏弹性模量设细钢丝的原长L,横截面积为S,沿长度方向施力F后,其长度改变ΔL,则细钢丝上各点的应力为F/S,应变为ΔL/L。根据胡克定律,在弹性限度内有F,L=E,(3-1)SL则FS=(3-2)E,LL2-比例系数E即为杨氏弹性模量。在为N?M2。通过分析知,作用力可由实验中钢丝下端所挂砝码的重量来确定,原长(起始状态)可由米尺测量,钢丝的横截面积S,可先用螺旋测微计测出钢丝直径d后算出2,d=(3-3)S4现在的问题是如何测量ΔL?用米尺准确度太低,用游标卡尺和螺旋测微计呢,测量范围又不够(在此实验中,当L?1m时,)。因此,本实验设计利用光杠杆的光学放大作用实现对钢丝微小伸长量ΔL的间接测量。二、光杠杆的象,光杠杆平面镜到标尺的距离为D,光杠杆常数为b。光杠杆系统是由光杠杆与望远镜标尺架组成的。0当细钢丝受力伸长时,下降ΔL,光杠杆转过一较小设开始时,三个尖足在同一水平面内,光杠杆的平面镜竖直,在望远镜中恰能看到312角度望远镜处标尺刻度y,,望远镜中将观察到标尺上y处的刻度,记y-y=Δy。0在,较小的情况下(即ΔL<<b)有,L,?b和,y?2,D则b=?,y(3-4),L2D因为实验中取D>>b,由上式可知,光杠杆的作用是将微小长度变化ΔL放大为标尺上的位置变化Δy,通过较易准确测量的b、D、Δy,便可间接求得ΔL将(3-3)、(3-4)、两式代入(3-2)有8LDF?(3-5)E,2,y,db通过上式便可算出杨氏模量E。,调节杨氏模量测定仪底座螺钉,使支架、细钢丝铅直,使平台水平。。平面镜应竖直,两前脚放在平台前部的槽中,主脚放在钢丝下端的夹头上适当位置,不能接触钢丝,不要靠着圆孔边,也不要放在夹缝中。。标尺要竖直,望远镜应水平对准