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用拉伸法测金属丝的杨氏模量.docxVIP

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用拉伸法测金属丝的杨氏模量

实验者:胡园园

实验日期:2012年3月27日

实验目的:1、学习用拉伸法测钢丝的杨氏模量;

2、掌握光杠杆法测微小变化的原理;

3、学习用逐差法处理数据。

实验原理:1、杨氏模量

设有一根长为L,截面积为S的钢丝在外力的作用下伸长(或缩短)了ΔL;

按胡克定律:胁强(F/S)与胁变(ΔL/L)成正比

杨氏模量:Y=(F/S)/(ΔL/L)=(4LF)/(πΔLd2)

单位:N/m2

2、光杠杆原理

①初始状态平面镜法线ON0水平,望远镜中米尺刻度为n0;

②钢丝被拉长ΔL后,光杠杆足尖随钢丝下落,反射镜偏转α;

③有几何学原理:∠NON0=α

∠N’ON0=2α

∵ΔL很小

∴α≈tanα=ΔL/b

2α≈tan2α=(n-n0)/D

∴ΔL≈[b(n-n0)]/2L=(bΔn)/2D

∴Y=8FLD/πd2bΔn

3、各项逐差法(设测8次)

为了保持多次测量的优越性,把实验数据分为两组:①n0,n1,n2,n3

②n4,n5,n6,n7

Δn1=n4-n0;Δn2=n5-n1;Δn3=n6-n2;Δn4=n7-n3

Δn=(Δn1+Δn2+Δn3+Δn4)/4

4、作图法

Δn=ni-n0=8FLD/πd2bY=KF(K为常量)

以(ni-n0)或ni为纵坐标,F为横坐标,可得到直线图

求出K,进而求出Y。(求K不能选实验的原始数据点)

实验步骤

实验装置:

调整杨氏模量测量仪,使B能够自由的处于平台C的圆孔内

调整脚螺丝,使立柱垂直地面(让气泡居中)

将被测钢丝上端固定,使C与B的上端面在同一高度上

加砝码,拉直钢丝,调底部螺丝,使B与C的圆孔不卡

测量钢丝直径和钢丝长度(d和L)

用千分卡在上中下各测两次直径

用卷尺单次测长度L

调光学系统

按7-2放光杠杆,平面镜垂直平台

调节望远镜与支座的底部螺丝,使望远镜与平面镜等高

调望远镜

粗调:调节望远镜、标尺与光杠杆镜面的相对位置,直至在望远镜外,沿其管轴能看到小镜内出现标尺的像

细调:调目镜,使十字叉清晰

旋调焦螺旋,使通过望远镜清楚的看到经小镜反射的标尺的像,并当眼睛上下移动时,十字叉丝与标尺之间无相对移动(消视差)

测量钢丝负荷后的伸长量

预加两个砝码,记下n0;

一次增加一个砝码,记下n0’、n1’…n7’;

再加一个,不读,逐个取下,记下n0’’、n1’’…n7’’

ni=(ni’+ni’’)/2

侧标尺到平面镜距离D(单次)

测光杠杆后足到两前足的垂直距离b(测三次,压脚印法,游标尺)

用逐差法算Δn,求杨氏模量Y

进行数据分析和不确定度评定

实验结果与分析

1、多次测钢丝直径d

用千分卡测钢丝直径d

测量部位

平均

测量方向

纵向

横向

纵向

横向

纵向

横向

D(mm)

0.601

0.600

0.591

0.600

0.598

0.601

0.600

UA=0.002mm

Ub=0.006mm

测量结果d=(0.600±0.006)mm

相对不确定度Ur(d)=0.001mm

2、用卷尺测钢丝长L,平面镜到标尺间距离D

用游标尺测光杠杆长b(仪器误差取最小刻度)

测量钢丝长度L,平面镜到标尺间距离D,光杠杆长b单位:cm

测量值

不确定度

相对不确定度

L

130.10

0.05

0.004

D

72.00

0.05

0.007

b

5.980

0.002

0.003

3、光杠杆数据

砝码质量

(kg)

标尺读数(mm)

隔项逐差值

Δni(mm)

加砝码时

减砝码时

平均(ni’+ni’’)/2

2.00

n0’

8.0

n0’’

9.1

n0

8.6

n4-n0=2.6

3.00

n1’

8.7

n1’’

9.7

n1

9.2

4.00

n2’

9.3

n2’’

10.4

n2

9.9

n5-n1=3.3

5.00

n3’

10.0

n3’’

11.1

n3

10.6

6.00

n4’

10.6

n4’’

11.7

n4

11.2

n6-n2=2.6

7.00

n5’

11.2

n5’’

12.5

n5

11.9

8.00

n6’

11.9

n6’’

13.1

n6

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