【2017年整理】杨氏模量实验报告模版.doc

南昌大学物理实验报告 课程名称： 大学物理实验 实验名称： 金属丝杨氏模量的测定 学院： 第二临床医学院 专业班级： 1505班 学生姓名： 谢莹 学号： 6300615219 实验地点： 基础物理实验大楼B1区 座位号： 9 实验时间： 第七周星期六下午一点开始 一、实验目的： 1.学会测量杨氏模量的一种方法，掌握“光杠杆镜”测量微小长度变化的原理。 2.学会用“对称测量”消除实验误差。 3.学会如何依实际情况对各个测量量进行误差估算。 4.练习用逐差法，作图法处理数据。 二、实验原理： 根据胡克定律，在弹性形变范围内，棒状（或线状）固体应变与它所受的应力成正比： 式中E称为杨氏弹性模量，单位为。其是表征固体性质的一个物理量。 实验证明，杨氏模量与外力F、物体的长度L和截面积S的大小无关，只取决于被测物体的材料特性。 设金属丝的直径为d，则，杨氏模量可由下式计算： （2） 其中，F可以由所挂的砝码的重量求出，直径可以通过螺旋测微器测量，L可以用米尺测量，但由于非常小，用常规方法很难精确测量，本实验采用放大发——“光杆杠镜”来测定这一微小的长度改变量。 测量仪的光杠杆镜和测量原理如图1和2所示。光杠杆镜测微小长度变化量的原理：图2左侧曲尺状物为光杠杆镜，M是反射镜，b即所谓光杠杆镜短臂的杆长，O端为b边的固定端，b边的另一端则随被测钢丝的伸长、缩短而下降、上升，从而改变了M镜法线的方向，使得钢丝原长为L0时，从一个调节好的位于图2右侧的望远镜看M镜中标尺像的读数为；而钢丝受力伸长后，光杠杆镜的位置变为虚线所示，此时从望远镜上看到的标尺像的读数变为。这样，钢丝的微小伸长量，对应光杠杆镜的角度变化量，而对应的光杠杆镜中标尺读数变化则为。由光路可逆可以得知，对光杠杆镜的张角应为。从图2中，用几何方法可以得出： (4) 将（3）式和(4)式联立后得: (5) 式中，相当于光杠杆镜的长臂端D的位移. 图1 光杠杆镜 其中的叫做光杠杆镜的放大倍数，由于D b，所以n L，从而获得对微小量的线性放大，提高了的测量精度。 这种测量方法被称为放大法。由于该方法具有性能稳定、精度高，而且是线性放大等优点，所以在设计各类测试仪器中有着广泛的应用。 实验仪器： 杨氏模量测量仪；螺旋测微器；游标尺；钢卷尺和米尺；望远镜（附标尺）。 实验内容和步骤： 杨氏模量测量仪的调整： 将光杠杆后尖脚置于夹头上，两前尖脚置于平台凹槽上。镜面与钢丝基本平行。 调节望远镜的位置或光杠杆镜面仰角，直至眼睛在望远镜目镜附近能直接（不通过望远镜筒）从光杠杆镜面中观察到标尺中部的像。 （5） 细微调节望远镜方位和仰角调节螺丝，直至望远镜上缺口与准星连线粗略对准光杠杆镜面上部 （6） 调节望远镜目镜调焦旋钮，直至在望远镜中能看清叉丝。 （7） 调节望远镜的物镜调焦旋钮直至在望远镜中能看清整个镜面。（如果只能看到部分镜面，应调节望远镜仰角调节螺丝，直至看到整个镜面）。 （8） 继续调节望远镜的物镜调焦旋钮，直至在望远镜中能看清标尺中部读数。 （9） 如果只有部分标尺清楚，说明只有部分标尺聚焦，应调节望远镜仰角调节螺丝直至视野中标尺读数完全清楚。 实验步骤： （1）用1kg砝码挂在钢丝下端钢丝拉直，调节杨氏模量仪底盘下面的3个底脚螺丝，同时观察放在平台上的水准尺，直至中间平台处于水平状态为止。 （2）调节光杠杆镜位置。将光杆镜放在平台上，两前脚放在平台横槽内，后脚放在固定钢丝下端圆柱形套管上（注意要放在金属套管的边上，避免镜后脚在钢丝拉伸时与钢丝相碰），并使光杠杆镜镜面基本垂直。 （3）望远镜调节。将望远镜置于距光杆镜2m左右处，松开望远镜固定螺钉，上下移动使得望远镜和光杠杆镜的