金属材料杨氏模量的测定实验报告.doc

中医药大学
学生物理实验报告
实验名称 金属材料氏模量的测定
学 院 信息技术学院 专 业 医学信息工程 班 级 一班
报告人 学 号
同组人 学 号
同组人 学 号
同组人 学 号
理论课任课教师
实验课指导教师
实 验 日 期 2013年3月2日
报 告 日 期 2013年3月3日
实 验 成 绩
批 改 日 期
中医药大学信息技术学院物理教研室
实验目的
掌握不同长度测量器具的选择和使用，掌握光杠杆测微原理和调节方法；
掌握用拉伸法测定金属丝的氏模量；
学习误差分析，掌握误差均分原理，学习数据处理及测量最终结果的表述，掌握用作图法、逐差法处理数据。
实验仪器
氏模量仪，光杠杆，读数望远镜，螺旋测微计，卷尺，标尺，钢丝，大砝码一套()。
实验原理
在外力作用下，固体材料所发生的形状变化称之为形变。形变分为弹性形变和性形变。如果加在物体上的外力停止作用后，物体能完全恢复原状的形变称之为弹性形变；如果加在物体上的外力停止作用后，物体不能完全恢复原状的形变称之为性形变。
在许多种不同的形变中，伸长（或缩短）形变是最简单、最普遍的形变之一。本实验是针对连续、均匀、各向同性的材料做成的丝，进行拉伸试验。设细丝的原长为L，横截面积为S，两端受拉力(或压力)F后，物体伸长(或缩短)ΔL。单位长度的伸长量ΔL/L称为应变，单位横截面积所承受的力F/S称为应力。根据胡克定律，在弹性限度，应力与应变成正比关系，即
(3-1)
式中比例系数E称为氏弹性模量，简称氏模量。实验证明，氏模量与外力F、物体的长度L和截面积S的大小无关，而只决定于物体的材料。氏模量是表征固体材料性质的一个重要物理量，是选定机械构件材料的依据之一。
由3-1式得
(3-2)
在国际单位制(SI)中，E的单位为N·m-2（或Pa）。实验中只要测出F、L、S和ΔL，则就能算出细丝的氏模量。通常ΔL量值很小，直接测量很难得出准确数值，故实验中，要用光杠杆将ΔL予以放大，以便于测量。几种常用材料的氏弹性模量E值见表2-1。
材料名称
E（×1011Pa）
钢

铸铁
-
铜及其合金

铝及硬铝

表 3-1
图 3-1
应当指出，3-1只适用于材料弹性形变的情况，如果超出弹性限度，应变与应