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1、静态拉伸法测量金属丝的 杨氏模量 李松 讲师 理学院 物理实验教学中心 实验目的 l学会测量金属丝的杨氏模量 l掌握光杠杆放大法测量微小长度变 化的原理 l学会用逐差法处理数据 实验原理 描述固体材料抵抗性变能力的重要物理量是杨氏模量,它反映了材料弹 性形变与内应力的关系,它是选择机械构件材料的依据,是工程技术中 常用的参数之一 。 E= F/S /L/L (1) E 杨氏模量,固有属性,取决于材料 F/S 应力; L/L 应变; F、S、L易测 L不易测,采用光杠杆法 光杠杆原理: 用光学转换放大的方法来测量微小长度变化,即将很难测量 的L 转换为易于测量的标尺读数差n 。 FF L L 实
2、验原理 l测量杨氏模量的原理公式 实验原理 原理图 实验仪器 杨氏模量测量仪 望远镜镜组 实验仪器 l杨氏模量测量仪 实验仪器 l望远镜镜组 实验仪器 l螺旋测微器 l钢卷尺 测量时须用棘轮。测量者转动螺杆 时对被测物施加压力的大小,会直接 影响测量的准确。当测微螺杆端面与 被测物接近时,应旋转棘轮,直至接 触上被测物时,棘轮自动打滑,发出 “嗒嗒“声,此时立即停止旋转棘轮, 进行读数。 5.738mm 实验内容与步骤 l调平:圆形水准器的水泡需居中。(实际操作中 此步省略) l光杠杆的调节:将光杠杆放置在平台上,光杠杆 的第三个支点搭在黑色圆盘上即可。调节光杠杆 平面镜的倾角螺钉,使镜面与平
3、台大致垂直; l调节望远镜筒呈水平且望远镜组与光杠杆镜面等 高,调节调节反射镜的倾角螺丝,使调节反射镜 镜面与光杠杆镜面基本平行。沿着望远镜筒上方 的准星看光杠杆小镜,通过调整使望远镜筒的镜 头与调节反射镜在光杠杆小镜完全成像; l调整调节反射镜,使眼睛在望远镜上方的准星位 置能看到光杠杆小镜中出现标尺的像;如没有, 则可微动望远镜镜组,及调整光杠杆小镜子的倾 角; l将望远镜筒对准光杠杆小镜中标尺的像,在望远 镜中调出标尺清晰的像。此部需要调节镜头的左 右方向,倾角螺丝及调焦旋钮; 实验内容与步骤 l调整望远镜目镜看清十字叉丝,选定其中一 条水平线作为准线。读数时需读此准线与标 尺像的相交位
4、置; l按下数显测力秤的“开/关”键,显示器显示 “0.000”后用液压加力盒的调节杆加力。先测 量加载过程,从14kg(注意显示器显示 14.000)开始,每隔1kg记录一次读数直到 23kg,读取10组数据。继续加载大于23kg后 再进行减载(以消除空程误差),从23kg读 回到14kg。数据记入表格;观测完毕应将液 压调节旋杆调至最外,显示0.000后关闭仪器 电源; 实验内容与步骤 l用钢卷尺测出调节反射镜至标尺的距离D, D=0.3cm ; l钢丝长度用钢卷尺测,测裸金属丝的长度 即可,L=0.2cm。 l取下光杠杆 ,将其在白纸上轻按一下,即 可得到其三个支点的位置。通过作图,量
5、出等腰三角形的高b, b=0.05cm ; l测量钢丝直径使用螺旋测微器,选择金属 丝上、中、下三处测量,且每处都在相互 垂直 的方向各测一次,共测六组数据,求 其平均值。 数据处理 l原始数据表格 l用逐差法处理数据 l计计算Sd ,d, Sn , N, E , E 次数拉力示数 /kg 标标尺读读数/mm 逐差值值/mm 加载载减载载平均 014.00N1=n5-n0 115.00N2=n6-n1 216.00N3=n7-n2 317.00N4=n8-n3 418.00N5=n9-n4 519.00N平均 620.00SN 721.00D= 0.3cm 822.00L= 0.2cm 923.00b= 0.05 cm 次数 测测量值值 123456Sd d/mm 仪1=0.005mm 仪2=0.5mm F=5kg F= 0.01kg = ? mm 实验注意事项 l零点修正值 的记录; l同一位置处记两次标尺读数; l整个测量过程中尽量少走动,动作要轻, 保持整个测量装置稳定。如果发生变动 必须重新调节,重新开始实验; l不要用手触摸光学仪器的光学表面,擦 拭时要用镜头纸。
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