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杨氏模量实验报告--第1页
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：机电工程学院专业班级：能源与动力工程152
学生姓名：王启威学号：35
实验地点：106座位号：
实验时间：第九周星期一下午4点开始
杨氏模量实验报告--第1页
杨氏模量实验报告--第2页
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”消除系统误差.
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：
物体在外力作用下或多或少都要发生形变，当形变不超过某一限度时，撤走外力之
后形变能随之消失，这种形变叫弹性形变，发生弹性形变时物体内部将产生恢复原
状的内应力。??设有一截面为S，长度为L的均匀棒状（或线状）材料，受拉力F拉
伸时，伸长了d，其单位面积截
面所受到的拉力F/S称为应力，而单位长度的伸长量d/L称为应变。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：?F/S=E(d/L)?
其比例系数E取决于固体材料的性质，反应了材料形变和内应力之间的关系，称为
杨氏弹性模量。
????E=FL/Sd??????????????????（1）?????????
上图是光杠杆镜测微小长度变化量的原理图。左侧曲尺状物为光杠杆
镜，M是反射镜，b为光杠杆镜短臂的杆长，2d为?光杆杆平面镜到尺的距离，当加
减砝码时，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L时，从一个调节好的位于图右侧的望远镜看M镜中
标尺像的读数为n0；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n1。这样，钢丝的微小伸长量d，对应光杠杆镜的
角度变化量θ，而对应的光杠杆镜中标尺读数变化则为Δn。由光路可逆可以得知，
Δn对光杠杆镜的张角应为2θ。从图中用几何方法可以得出：
tanθ≈θ=d/b?????(2)???????????
tan2θ≈2θ=|n1-n0|?/D=Δn/D?????????(3)?
将（2）式和(3)式联列后得：?
d=(b/2D)Δn(4)
式（4）中的2D/b叫做光杠杆镜的放大倍数，由于Db,所以Δnd,
从而获得对微小量的线性放大，提高了d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。
三、实验仪器：
杨氏模量仪、螺旋测微器、游标卡尺、钢卷尺、望远镜（附标尺）
杨氏模量实验报告--第2页
杨氏模量实验报告--第3页
四、实验内容和步骤：
1.用2kg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（注意一定要放在金属套管的
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