1、普通物理實驗,拉伸法測量金屬絲的楊氏模量,返回,【實驗目的】 1. 掌握用靜態(tài)拉伸法測定金屬絲楊氏模量 的方法。 2. 學習使用光杠桿測微小長度變化的原理和方法，學會使用望遠鏡。 3. 學會使用逐差法處理數(shù)據(jù)。,【實驗儀器】 楊氏模量儀、光杠桿、砝碼、米尺（或 鋼卷尺）、螺旋測微計、游標卡尺、望 遠鏡尺組等。,圖一,【實驗原理】 物體在外力作用下發(fā)生形狀大小的變化， 稱為形變。它可分為彈性形變和塑性形變兩 類。在本實驗中，只研究彈性形變。最簡單 的形變是金屬絲或棒受到沿縱向外力作用后 所引起的長度的伸長或縮短，拉伸法就是研 究這種簡單彈性形變的方法。,1基本原理 設有一根長為L、粗細均勻的鋼絲

2、，截面積為S，在 外力F的作用下伸長L。根據(jù)胡克定律，在彈性限 度內，應變與應力成正比，即 (1) 式中比例系數(shù)E叫做楊氏彈性模量。 若鋼絲的直徑為d，則 ，所以 (2) 在SI制中，E的單位為 。,2光杠桿鏡尺法測微小伸長量，測量原理如圖所示。 光杠桿鏡尺法是一種利用光學原理把微小長度的變化加以放大后，再進行測量的方法。,圖(二),設起始狀態(tài)標尺上的測量讀數(shù)為 n1，當待測 鋼絲受力作用而伸長時，光杠桿后腳隨之下 降，杠桿架和鏡面偏轉角，反射線轉過 2角，此時標尺讀數(shù)為n2 ， 則有 由于很小, 所以有 消去, 得 (3) 式中, n-n0=n。,將式(3 )代入式(2)中， 得,本實驗使鋼

3、絲伸長的力F是砝碼作用在鋼絲上的重力mg, 因此,楊氏彈性模量的測量公式為,(4),(5),注意:式中,n與m有對應關系。如果m是1個砝碼的質量, n應是荷重增(或減)1個砝碼所引起的光標偏移量; 如果n是荷重增(或減)4個砝碼所引起的光標偏移量,m就應是4個砝碼的質量。,【實驗內容和要求】,1.楊氏模量儀的調整 (1) 調節(jié)支架底座螺絲,使底座水平(觀察底座上的水準儀)。 (2) 將光杠桿放在平臺上，兩前足放在平臺前面的橫槽內，后足放在活動金屬絲夾具上，但不可與金屬絲相碰調整平臺的上下位置，使光杠桿前后足位于同一水平面上。 2.光杠桿及望遠鏡尺組的調節(jié) (1) 外觀對準 將望遠鏡尺放在離光杠

4、桿鏡面約為1.52.0 m處，并使二者在同一高度。 調整光杠桿鏡面與平臺面垂直。 望遠鏡成水平，標尺與望遠鏡光軸垂直。,（2）鏡外找像 從望遠鏡上方沿鏡筒方向觀察光杠桿鏡面，應看到鏡面中有標尺的像。若沒有標尺的像，可左右移動望遠鏡尺組或微調光杠桿鏡面的垂直程度，直到能觀察到標尺像為止。只有這時來自標尺的入射光才能經平面鏡反射到望遠鏡內。 （3）鏡內找像 先調望遠鏡目鏡，看清叉絲后，再慢慢調節(jié)物鏡，直到看清標尺的像。 （4）細調 觀察到標尺像后，再仔細地調節(jié)目鏡和物鏡，使既能看清叉絲又能看清標尺像，且沒有視差。 3. 測量 采用等增量測量法. （1）記錄望遠鏡中尺像的初讀數(shù)及每增重1kg后的讀數(shù)

5、。 ,（2）依次減少砝碼（如每次1kg），并記錄每次 相應的讀數(shù). 用逐差法計算望遠鏡中尺像讀數(shù)的平 均改變量及其不確定度。 （3）用鋼卷尺測量光杠桿鏡面到標尺的距離D 和金屬絲的長度L。 （4）用鋼板尺測出光杠桿后足到兩前足連線的 垂直距離b。 （5）選擇金屬絲的不同位置，多次測量金屬絲 的直徑d，求其平均值 。 4. 計算金屬絲的楊氏模量及其不確定度，表示出 測量結果。,【注意事項】,1光杠桿和望遠鏡尺組一經調好，在實驗中不得再移 動，否則測量數(shù)據(jù)無效，應重新測量。 2.加減砝碼時動作要平穩(wěn),勿使砝碼托擺動。否則將會 導致光杠桿后足尖發(fā)生移動。并在每次增減砝碼后，等金 屬絲完全不晃動時才能

6、讀數(shù)。 3.在測量過程中，不能碰動各儀器。增加砝碼時應將 砝碼缺口交叉放置。（為什么？） 4.對測得的一組 n 值,如果 n 不按比例增減，應分 析原因后重新測量。 5.用千分尺測d時，應先檢查零點讀數(shù)，并記錄零點誤 差。要求對不同位置處測6次。,【思考題】 1. 在什么情況下可以用逐差法處理數(shù)據(jù)？逐 差法處理數(shù)據(jù)有哪些優(yōu)點? 2. 本實驗若不用逐差法處理數(shù)據(jù)，如何用作 圖法處理數(shù)據(jù)? 3. 分析本實驗測量中哪個量的測量對E的結果 影響最大？你對實驗有何改進建議？ 4. 用望遠鏡觀察標尺的讀數(shù)，不僅調節(jié)困 難，而且會造成眼睛疲勞，如何用一個市售的激光 指示器來替換望遠鏡，仍能實現(xiàn)對微小長度量的放 大