大学物理杨氏模量实验报告.doc

钢丝得杨氏模量【预习重点】(1)杨氏模量得定义。(2)利用光杠杆测量微小长度变化得原理与方法。(3)用逐差法与作图法处理实验数据得方法。【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得形变,去掉外力后能立刻恢复原状得称为弹性形变;因受力过大或受力时间过长,去掉外力后不能恢复原状得称为塑性形变。物体受单方向得拉力或压力,产生纵向得伸长与缩短就是最简单也就是最基本得形变。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就是单位面积上得作用力,称为应力,δL/L就是相对变形量,称为应变。在弹性形变范围内,按照胡克(Hooke Robert1635-1703)定律,物体内部得应力正比于应变,其比值(5-1)称为杨氏模量. 实验证明,E与试样得长度L、横截面积S以及施加得外力F得大小无关,而只取决于试样得材料。从微观结构考虑,)用静态拉伸法测金属丝得杨氏模量杨氏模量测量有静态法与动态法之分。动态法就是基于振动得方法,静态法就是对试样直接加力,测量形变。动态法测量速度快,精度高,适用范围广,就是国家标准规定得方法。静态法原理直观,设备简单。用静态拉伸法测金属丝得杨氏模量,就是使用如图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,构成一个刚度极好得支架。整个支架受力后变形极小,。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得中心孔,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得中心孔内,其周围缝隙均匀而不与孔边摩擦。圆柱形卡头下方得挂钩上挂一个砝码盘,当盘上逐次加上一定质量得砝码后,钢丝就被拉伸。下卡头得上端面相对平台C得下降量,即就是钢丝得伸长量δL。钢丝得总长度就就是从上卡头得下端面至下卡头得上端面之间得长度。钢丝得伸长量δL就是很微小得,本实验采用光杠杆法测量。3)光杠杆光杠杆就是用放大得方法来测量微小长度(或长度改变量)得一种装置,由平面镜M、水平放置得望远镜T与竖直标尺S组成(图5—1)。平面镜M竖立在一个小三足支架上,O、O′就是其前足,K就是其后足。K至OO′连线得垂直距离为b(相当于杠杆得短臂),两前足放在杨氏模量仪得平台C得沟槽内,后足尖置于待测钢丝下卡头得上端面上。当待测钢丝受力作用而伸长δL时,后足尖K就随之下降δL,从而平面镜M也随之倾斜一个α角。在与平面镜M相距D处(约1~2m)放置测量望远镜T与竖直标尺S。如果望远镜水平对准竖直得平面镜,并能在望远镜中瞧到平面镜反射得标尺像,那么从望远镜得十字准线上可读出钢丝伸长前后标尺得读数n0与n1。这样就把微小得长度改变量δL放大成相当可观得变化量δn=n1-—2所示几何关系瞧,平面镜倾斜α角后,镜面法线OB也随之转动α角,反射线将转动2α角,有在α很小得条件下tgα≈α;tg2α≈2α于就是得光杠杆放大倍数(5-2)在本实验中,D为1m~2m,b约为7cm,放大倍数可达30~60倍。光杠杆可以做得很精细,很灵敏,还可以采用多次反射光路,常在精密仪器中应用。图5—2光杠杆原理4)静态拉伸法测金属丝杨氏模