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弹性模量的测量实验报告
一、拉伸法测量弹性模量
1、实验目的
(1) 学习用拉伸法测量弹性模量的方法;
(2) 掌握螺旋测微计和读数显微镜的使用;
(3) 学习用逐差法处理数据。
2、实验原理
(1)、杨氏模量及其测量方法
本实验讨论最简单的形变——拉伸形变,即棒状物体(或金属丝)仅受轴向外力作用而发生伸
长的形变(称拉伸形变)。设有一长度为??,截面积为??的均匀金属丝,沿长度方向受一外力??后金属 丝伸长????。单位横截面积上的垂直作用力??/??成为正应力,金属丝的相对伸长????/??称为?LF?E ,即正应力与线应变成正比线应变。实 验结果指出,在弹性形变范围内, SLF/S?E称为材料的弹性模量。它表征材料本身的性质,这个规律称为胡克定律,其中?? ?L/L越大的材料,要使他发生一定的相对形变所需 的单位横截面积上的作用力也越大,??的单位29Pa)。 ; 1GPa = 10 Pa(1Pa = 1N/m为
本实验测量的是钢丝的弹性模量,如果测得钢丝的直径为??,则可以进一步把??写成:
4FL?E 2??LD测量钢丝的弹性模量的方法是将钢丝悬挂于支架上,上端固定,下端加砝码对钢丝施力??,测出钢丝相应的伸长量????,即可求出??。钢丝长度??用钢尺测量,钢丝直径??用螺旋测微计测量,力???1mm数量级,在10一般很小,约??????由砝 码的重力 = ????求出。实验的主要问题是测准。????本实验中用 读数显微镜测量(也可利用光杠杆法或其他方法测量)。为了使测量的????更准确些,采用测量多个????的 方法以减少测量的随机误差,即在钢丝下端每加一个砝码测一次伸长 。????录伸长位置。通过数据处理求出 逐次记,逐个累加砝码,位置
,??,...,??,如何??10 次得到相应的伸长位置(2)、逐差法处理数据?如果用上述方法测量 1012处理数据,算出钢丝的伸长量????呢??我们可以由相邻伸长位置的差值求出 9 个????,然后取平均,则
中间各次测用这样的方法处理数据,? ??9,??,只剩下从上式可以看出中间各??都消去了 ??1 10
把前后数可以改变一下数据处理的方法, 结果均未起作用。为了发挥多次测量的优越性,量??,??,??,,??,??,??,,???? ,??据分成两组, ??为另一组。讲两组中相应的数据想见得出一组10376419825 。??= 5????5 个??, ????
则
, 其优点是充分利用的所测数据,可以减小测量的随机误差这种数据处理的方法称为逐差法, 而且也可以减少测量仪器带来的误差。因此是实验中常用的一种数据处理的方法。 3.数据表格 1)、测钢丝长度L及其伸长量δL( 998 ㎜; 钢丝长度L= 仪器编号 1
序 号
??N?Fmg/F ii
mm/y i
??mm/y?lyl? ii?5ii
l?l????/mmll??? ii2??
增砝码时
减砝码时
增砝码时l
减砝码时 l
1
0.200×1×9.80
0.539
0.542
1.510
1.458
1.484
2
9.80 20.200××
0.843
0.880
1.482
1.441
1.462
3
××0.20039.80
1.152
1.165
1.467
1.490
1.479
4
40.200×9.80 ×
1.481
1.435
1.394
1.394
1.394
5
×5×0.2009.80
1.719
1.742
1.476
1.433
1.455
6
9.80
×6×0.200
2.049
2.000
7
0.200×7×9.80
2.325
2.321
5?li1i??l 5= 1.455 ㎜
8
9.80 0.200×8×
2.619
2.655
9
0.200×9×9.80
2.875
2.882
10
10×9.80
0.200×
3.195
3.175
(2)、测钢丝直径D
测定螺旋测微计的零点d(单位㎜)
测量前 -0.015 , -0.018 , -0.017 ;
d= -0.018 ㎜ 平均值 , -0.018 , -0.020 -0.019 。 测量后
序号
1
2
3
4
5
6
/mm
D
0.209
0.206
0.200
0.201
0.205
0.201
D= 0.204 ㎜钢丝的平均直径
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