杨氏弹性模量测定.doc

杨氏弹性模量的测定上海电力学院物理实验指导书所属课程:大学物理实验实验名称:杨氏弹性模量的测定面向专业:全院理工科实验室名称:物理实验室2006年2月上海电力学院物理实验室一实验目的:1(学习用静态拉伸法测定杨氏模量。2(掌握光杆杠测量微小长度变化的原理。3(掌握望远镜的调节方法。4(用逐差法和作图法处理数据。二实验仪器、设备:名称型号、规格备注测量杨氏模量专用装置附砝码光杠杆望远镜尺组杭光厂(望远镜)钢卷尺螺旋测微器三原理摘要——测量公式、测量电路图、光路图或其它示意图:在外力作用下,固体所产生的形态变化称为形变。它可分为弹性形变和范性形变两类。外力撤除后物体能完全恢复原状的形变称为弹性形变。如果加在物体上的外力过大,以至外力撤除后,物体不能完全恢复原状,而留下剩余形变,就称它为范性形变。在本实验中,研究的是弹性形变。最简单的形变是:在纵向外力作用下,等截面均质棒发生的伸SLF,L长和缩短。设棒长为,截面积为,受纵向拉力作用而伸长。比值是F,L单位面积上的作用力,称为应力,比值是棒的相对伸长,即单SL位长度的伸长,称为应变,它表示物体相对形变的大小。实验表明:应变随应力的增加而增加。当应力不太大时,应变与应力成正比,其中与应变成正比的最大应力叫做该材料的比例极限。于是胡克定律可表示如下:F,L,E(1)SL1上海电力学院物理实验室FL式中是决定于材料性质,而与材料的长度、横截面积大小E,S,L无关的比例系数,称为该材料的杨氏弹性模量。S测出、、及后,就可算出杨氏弹性模量。FL,L测量微小的长度变化原理如下:bb当金属丝受力伸长时,光杠杆后足也随之以为轴、以(,LIII231,,为到连线的垂直距离)为半径旋转一角度。在较小时有III312,L,,(2)b设开始时镜面法线与标尺垂直,镜面与标尺相距D。在垂直于标n0尺的望远镜中,叉丝与标尺刻度重合。若由于金属丝伸长而镜x0,2,,L面法线转过角,则反射线将转动。设此时叉丝对准刻度为,x1,2,,令l,x,x,则当很小时,有(3)0D,L将公式(2)带入(3)中,可得到的测量公式:b,L,l(4)2Dl,L由此可见,光杠杆作用在于将微小的放大为竖尺上的位移(有时1,,把称为“放大率”)。,L2,ddS,将公式(4)带入公式(1)中,并利用(金属丝直径),有4FLD8E,(5)2dbl,公式(5)为本实验直接用到的公式,由推导过程可知,公式成立的条,F件:实验时不能超过金属丝的比例极限(实验中不能过大),角很I小以及II三足基本在同一平面内。312四实验内容与步骤:,G1(调节杨氏模量仪三角底座上的调整螺丝,使支架铅直,以维持平JK台水平,确保圆柱能无摩擦地上下移动。2(调节望远镜高度调整螺丝,使望远镜与光杠杆的镜心等高。移动望远镜支架,调节其底座调整螺丝,使望远镜的轴线垂直的瞄准光2上海电力学院物理实验室杠杆的镜心,并转动镜面使其法线接近水平方向。初步调节好的标志是在贴近望远镜的镜筒周围观察光杠杆镜面,能看到标尺的像。3(调节望远镜目镜,对十字叉丝进行聚焦。再调节望远镜的焦距,不仅能清楚的看到标尺的像,且使标尺通过物镜所成倒立实像中的某一刻度与叉丝重合。两者重合的标志是当眼睛上下微动时,所观察到的两像无相对位移,即叉丝与标尺刻度的像的视差已消除。4(在望远镜中,观察到光杠杆镜心的像或标尺刻度的像,如果与叉