三试验原理用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量.PPT

* 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 一．实验目的 二．仪器和用具 三．实验原理 四．必修实验内容 五．选修实验内容 六．数据记录及处理 七．思考题 一．实验目的 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 1.学习用拉伸法测定钢丝的杨氏模量 2.掌握光杠杆法测量微小变化量的原理 3.学习用逐差法处理数据 返回 一．实验目的 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 杨氏模量测定仪 望远镜及直尺 光杠杆 千分卡 游标卡尺 水准器等 二．仪器和用具 返回 二．仪器和用具 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 1. 杨氏模量 在外力作用下，固体所发生的形状变化称为形变， 它可分弹性和塑性形变两类。当撤除外力，物体 能完全恢复原状的形变称为弹性形变，不能恢复 原状的形变谓之塑性形变。最简单的形变是棒状 物体受力的伸缩。 设有一根长为 ，截面积为 的钢丝， 在外力 的作用下伸长(或缩短)了 , 比值 就是单位面积上的作用力，称为胁强； 比值 是物体的相对伸长，称为胁变。 三．实验原理 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 1. 杨氏模量 按胡克定律，在物体的弹性限度内，胁强与胁变成正比 比例系数 称为杨氏模量。 单位为： 设钢丝直径为 ，即截面积 , 则 杨氏模量表达了材料抵抗外力产生拉伸(或压缩)形变的能 力，是工程技术中常用的物理参数 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 1. 杨氏模量 按胡克定律，在物体的弹性限度内，胁强与胁变成正比 比例系数 称为杨氏模量。 单位为： 设钢丝直径为 ，即截面积 , 则 (1)式 根据(1)式测杨氏模量时，伸长量 比较小不易测准， 因此，测定杨氏模量的装置，得围绕如何测准伸长量设计。 本实验是利用光杠杆放大原理，设计装置去测伸长量 的。 (1)式 (1)式 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 2. 实验装置 本实验装置如图1所示 实验装置可简化为图2所示 图1 实验装置图 图2 实验装置简化图 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 2. 实验装置 图1 实验装置图 图2 实验装置简化图 A、B 为钢丝两端的螺丝夹 在B的下端挂有砝码托盘， 调节仪器底部螺钉可使平台C水平， 使拉直的钢丝与平台垂直， 并且B刚好悬在平台C的圆孔中间 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 2. 实验装置 图1 实验装置图 图2 实验装置简化图 其平面镜固定在具有三个脚的小支架上， 支架上的三个尖脚构成等腰三角形， 测量时，将两前脚放在平台C的横槽内， 一个后脚放在B夹上 M为光杠杆（如图3所示） 图3 光杠杆 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 2. 实验装置 图1 实验装置图 图2 实验装置简化图 图3 光杠杆 光杠杆前有望远镜R和米尺S ， 当砝码盘上的砝码增加或减少时， 钢夹B就随之下降或上升， 光杠杆M的平面镜产生镜面偏转， 从望远镜R中可以观察到米尺刻度的变化。 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 2. 实验装置 图1 实验装置图 图2 实验装置简化图 图3 光杠杆 根据下述光杠杆原理 可算出钢丝的伸长量 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 3. 光杠杆原理 假设物体在初始状态下，平面镜的法线 在水平位置， 在望远镜中可看到的米尺刻度为 。 由几何光学的原理可知，图中 如图4。 图4 光杠杆测微小长度 当钢丝被拉长 后，光杠杆足尖随金属丝 下落，带动反射镜偏转一个角度 ， 此时镜面法线为 ， 望远镜中能看到的直尺刻度为 。 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 3. 光杠杆原理 由于 很小， 和 都是很小的角度， 所以 ， 因此 图4 光杠杆测微小长度 由几何光学的原理可知，图中 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 3. 光杠杆原理 由于 很小， 和 都是很小的角度， 所以 ， 因此 图4 光杠杆测微小长度 代入(1)式 (1)式 得 (2)式 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 3. 光杠杆原理 图4 光杠杆测微小长度 得 (2)式 式中 钢丝长度 光杠杆后足到两前足尖连线的垂直距离 给钢丝施加的外力 望远镜中观察到的标尺刻度值的变化量 镜面到标尺间的距离 三．实验原理 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量