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用拉伸法测量杨氏模量实验报告
用拉伸法测钢丝杨氏模量——实验报告 杨氏弹性模量测定仪;光杠杆;望远镜及直尺;千分尺;游标卡尺;米尺;待测钢丝;砝码等。 【实验原理】 1.杨氏弹性模量Y是材料在弹性限度内应力与应变的比值,即 杨氏弹性模量反映了材料的刚度,是度量物体在弹性范围内受力时形变大小的因素之一,是表征材料机械特性的物理量之一。 2.光杠杆原理 伸长量Δl比较小,不易测准,本实验利用了光杠杆的放大原理对Δl进行测量。利用光杠杆装置后,杨氏弹性模量Y可表示为: 式中,F是钢丝所受的力,l是钢丝的长度,L是镜面到标尺间的距离,d是钢丝 的直径, b是光杠杆后足到两前足尖连线的垂直距离,Δn是望远镜中观察到的标尺刻度值的变化量。 3.隔项逐差法 隔项逐差法为了保持多次测量优越性而采用的数据处理方法。使每个测量数据在平均值内都起到作用。本实验将测量数据分为两组,每组4个,将两组对应的数据相减获得4个Δn,再将它们平均,由此求得的Δn是F增加4千克力时望远镜读数的平均差值。 【实验步骤】 1.调整好杨氏模量测量仪,将光杠杆后足尖放在夹紧钢丝的夹具的小圆平台上,以确保钢丝因受力伸长时,光杠杆平面镜倾斜。 2.调整望远镜。调节目镜,使叉丝位于目镜的焦平面上,此时能看到清晰的叉丝像;调整望远镜上下、左右、前后及物镜焦距,直到在望远镜中能看到清晰的直尺像。 3.在钢丝下加两个砝码,以使钢丝拉直。记下此时望远镜中观察到的直尺刻度值,此即为n0值。逐个加砝码,每加1个,记下相应的直尺刻度值,直到n7,此时钢丝下已悬挂9个砝码,再加1个砝码,但不记数据,然后去掉这个砝码,记下望远镜中直尺刻度值,此为n7’,逐个减砝码,每减1个,记下相应的直尺刻度值,直到n0’。 4.用米尺测量平面镜到直尺的距离L;将光杠杆三足印在纸上,用游标卡尺测出b;用米尺测量钢丝长度l;用千分尺在钢丝的上、中、下三部位测量钢丝的直径d,每部位纵、横各测一次。 5.测量完毕,整理各量具和器具。【数据记录和处理】 提示: ①标尺的平均差值Δn是力F=4千克力时对应的标尺变化值,F取40牛顿。②把B类不确定度当作总不确定度,并取Δ仪=/5=,则u=。 度?0?2 3.钢丝直径d的测量。 设,则A类不确定度 ; B类不确 定;总不确定 度 所以 ,,相对不确定 度 4.杨氏模量Y的计算 。 相对不确定度: 总不确定度:; 实验结果标准形式:【思考与讨论】 1.杨氏模量是材料的机械特性之一,只要材料的成份组成一定,不论其长度和粗细如何,其值一定。 2.杨氏模量是一个简接测量量,计算公式较繁杂,在计算时一定要细心,并要特别留意各简接测量量的量纲,以获得正确的结果。 3.实验应在望远镜调好的条件下,先测Δn,依次测L、b、l,d,否则有可能在整个实验过程中实验条件发生变化,致使实验结果不正确。 系学号姓名日期 实验题目:用拉伸法测钢丝的杨氏模量13+39+33=85 实验目的:采用拉伸法测定杨氏模量,掌握利用光杠杆测定微小形变地方法。在数据处理中,掌握逐差法 和作图法两种数据处理的方法 实验仪器:杨氏模量测量仪,米尺,螺旋测微计。实验原理:在胡克定律成立的范围内,应力F/S和应变ΔL/L之比满足E=/=FL/ 其中E为一常量,称为杨氏模量,其大小标志了材料的刚性。 根据上式,只要测量出F、ΔL/L、S就可以得到物体的杨氏模量,又因为ΔL很小,直接测量 困难,故采用光杠杆将其放大,从而得到ΔL。实验原理图如右图:当θ很小时,其中l是光杠杆的臂??tan???L/l, 长。 由光的反射定律可以知道,镜面转过θ,反射光线 转过2θ,而且有: tan2??2??故: ?Ll? b(2D) bD ,即是?L?bl (2D) 那么E? 2DLFSlb ,最终也就可以用这个表达式来确 定杨氏模量E。 实验内容:1.调节仪器 调节放置光杠杆的平台F与望远镜的相对位置,使光杠杆镜面法线与望远镜轴线大体重合。调节支架底脚螺丝,确保平台水平,调平台的上下位置,使管制器顶部与平台的上表面共面。光杠杆的调节,光杠杆和镜尺组是测量金属丝伸长量ΔL的关键部件。光杠杆的镜面和刀口应平行。使用时刀口放在平台的槽内,支脚放在管制器的槽内,刀口和支脚尖应共面。 镜尺组的调节,调节望远镜、直尺和光杠杆三者之间的相对位置,使望远镜和反射镜处于同等高度,调节望远镜目镜视度圈,使目镜内分划板刻线清晰,用手轮调焦,使标尺像清晰。 2.测量 砝码托的质量为m0,记录望远镜中标尺的读
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