1、大學(xué)物理仿真實驗實驗報告姓名 :班級 :學(xué)號：2014 年 12 月 10 日實驗名稱 :鋼絲得楊氏模量測量實驗原理任何物體（或材料 ) 在外力作用下都會發(fā)生形變。 當(dāng)形變不超過某一限度時，撤走外力則形變隨之消失 , 為一可逆過程，這種形變稱為彈性形變，這一極限稱為彈性極限。 超過彈性極限， 就會產(chǎn)生永久形變 ( 亦稱塑性形變 ) ，即撤去外力后形變?nèi)匀淮嬖冢?為不可逆過程。 當(dāng)外力進(jìn)一步增大到某一點時， 會突然發(fā)生很大得形變 , 該點稱為屈服點，在達(dá)到屈服點后不久 , 材料可能發(fā)生斷裂 , 在斷裂點被拉斷。人們在研究材料得彈性性質(zhì)時， 希望有這樣一些物理量 , 它們與試樣得尺寸、形狀與外加得

2、力無關(guān)。 于就是提出了應(yīng)力 /S（即力與力所作用得面積之比） 與應(yīng)變 L/ ( 即長度或尺寸得變化與原來得長度或尺寸之比）之比得概念。在胡克定律成立得范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之比就是一個常數(shù)，即（1)E 被稱為材料得楊氏模量 , 它就是表征材料性質(zhì)得一個物理量, 僅與材料得結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及其加工制造方法有關(guān). 某種材料發(fā)生一定應(yīng)變所需要得力大,該材料得楊氏模量也就大。楊氏模量得大小標(biāo)志了材料得剛性.通過式（ 1）, 在樣品截面積上得作用應(yīng)力為 F，測量引起得相對伸長量 L/L, 即可計算出材料得楊氏模量 . 因一般伸長量 L 很小，故常采用光學(xué)放大法，將其放大 , 如用光杠桿測量 L。光杠桿就是一個

3、帶有可旋轉(zhuǎn)得平面鏡得支架，平面鏡得鏡面與三個足尖決定得平面垂直, 其后足即杠桿得支腳與被測物接觸,見圖。當(dāng)杠桿支腳隨被測物上升或下降微小距離L 時，鏡面法線轉(zhuǎn)過一個角 , 而入射到望遠(yuǎn)鏡得光線轉(zhuǎn)過2角，如圖 2 所示。當(dāng)很小時，(2）式中 l 為支腳尖到刀口得垂直距離 ( 也叫光杠桿得臂長） . 根據(jù)光得反射定律 , 反射角與入射角相等 , 故當(dāng)鏡面轉(zhuǎn)動角時，反射光線轉(zhuǎn)動 2角 , 由圖可知（ 3）式中 D 為鏡面到標(biāo)尺得距離，為從望遠(yuǎn)鏡中觀察到得標(biāo)尺移動得距離.從 (2 ）與 (3 ）兩式得到?（4）由此得（ 5）合并 ( ) 與 (4 ）兩式得（）式中 2 l 叫做光杠桿得放大倍數(shù)。 只要

4、測量出 L、D、與 ( 及一系列得 F 與之后，就可以由式 (5) 確定金屬絲得楊氏模量 E、）實驗內(nèi)容楊氏模量得測量儀包括光杠桿、砝碼、望遠(yuǎn)鏡與標(biāo)尺。實驗前 , 先要熟悉實驗用得儀器，了解儀器得構(gòu)造 , 儀器上各個部件得用途與調(diào)節(jié)方法，以及實驗中要注意得問題 , 這樣就能熟練地操作儀器 , 順利地進(jìn)行實驗 . 楊氏模量測量儀實驗裝置如圖 1 所示 , 待測金屬絲長約 m，上端夾緊懸掛于支架頂部， 下端夾在一個金屬圓柱（名叫管制器）得底部，支架中部有一平臺 F，平臺中一圓孔，管制器能在孔中上下移動，砝碼 P 加在管制器下得砝碼托上 , 金屬絲受到拉力而伸長。調(diào)節(jié)儀器(1) 調(diào)節(jié)放置光杠桿得平臺

5、 F 與望遠(yuǎn)鏡得相對位置 , 使光杠桿鏡面法線與望遠(yuǎn)鏡軸線大體重合 .（）調(diào)節(jié)支架底腳螺絲，確保平臺水平 , 調(diào)平臺得上下位置，使管制器頂部與平臺得上表面共面 .（ 3) 光杠桿得調(diào)節(jié) , 光杠桿與鏡尺組就是測量金屬絲伸長量L 得關(guān)鍵部件。光杠桿得鏡面（ 1）與刀口 ( ) 應(yīng)平行。使用時刀口放在平臺得槽內(nèi)，支腳放在管制器得槽內(nèi)，刀口與支腳尖應(yīng)共面。( ）鏡尺組得調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡、直尺與光杠桿三者之間得相對位置，使望遠(yuǎn)鏡與反射鏡處于同等高度 , 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡視度圈 ( ），使目鏡內(nèi)分劃板刻線 ( 叉絲）清晰，用手輪 (5 ）調(diào)焦 , 使標(biāo)尺像清晰（圖 2).2. 測量(1 ）砝碼托得質(zhì)量為

6、0，記錄望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺得讀數(shù)作為鋼絲得起始長度.(2) 在砝碼托上逐次加 00砝碼 (可加到 5 0），觀察每增加 0時望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺上得讀數(shù) ri，然后再將砝碼逐次減去 ,記下對應(yīng)得讀數(shù) r ,取兩組對應(yīng)數(shù)據(jù)得平均值。(3 ）用米尺測量金屬絲得長度 L 與平面鏡與標(biāo)尺之間得距離 D,以及光杠桿得臂長 .。數(shù)據(jù)處理（ 1)逐差法用螺旋測微計測金屬絲直徑d，上、中、下各測 2 次, 共 6 次 , 然后取平均值。將 d 每隔四項相減，得到相當(dāng)于每次加 200g 得四次測量數(shù)據(jù)，并求出平均值與誤差。將測得得各量代入式 （ 5) 計算，并求出其誤差 ( /E 與 E), 正確表述 E 得測量結(jié)果 .（

7、)作圖法把式 (5 ）改寫為（ 6）其中，在一定得實驗條件下，就是一個常量, 若以為縱坐標(biāo) ,F i 為橫坐標(biāo)作圖應(yīng)得一直線，其斜率為 M。由圖上得到 M得數(shù)據(jù)后可由式（ ) 計算楊氏模量(7)4. 注意事項（ )調(diào)整好光杠桿與鏡尺組之后，整個實驗過程都要防止光杠桿得刀口與望遠(yuǎn)鏡及豎尺得位置有任何變動, 特別在加減砝碼時要格外小心， 輕放輕取 .（ 2) 按先粗調(diào)后細(xì)調(diào)得原則 , 通過望遠(yuǎn)鏡筒上得準(zhǔn)星瞧反射鏡，應(yīng)能瞧到標(biāo)尺，然后再細(xì)調(diào)望遠(yuǎn)鏡。調(diào)目鏡可以瞧清叉絲 , 調(diào)聚焦旋鈕可以瞧清標(biāo)尺。實驗儀器楊氏模量測試儀：由支架、待測金屬鋼絲、上端夾具、管制器、平臺、砝碼、光杠桿、鏡尺組等組成 .實驗操

8、作（ 1) 調(diào)節(jié)平臺得高低， 使管制器頂部與平臺得上表面共面。 調(diào)節(jié)時用手小心托住平臺防止光杠桿傾跌。調(diào)節(jié)光杠桿得臂長 , 并使光杠桿鏡面法線與望遠(yuǎn)鏡在同一水平面上。(2 ）調(diào)節(jié)支架底腳螺絲使儀器平正, 以水平儀上得水平泡居中為準(zhǔn)。( ) 調(diào)整望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺得位置、首先沿鏡簡得軸線方向 , 通過準(zhǔn)星，觀察反射鏡內(nèi)就是否有標(biāo)尺得象， 如果瞧不到標(biāo)尺象， 則可左右移動望遠(yuǎn)鏡底座， 或松開手輪 , 調(diào)整望遠(yuǎn)鏡，直至反射鏡內(nèi)出現(xiàn)標(biāo)尺得象為止。（ 4) 測量鋼絲長度 , 應(yīng)注意兩端點得位置 , 上端起于夾鋼絲得兩個半圓柱得下表面，下端止于管制器得下表面。（ 5）光杠桿放在工作平臺上 , 刀口放在平臺得橫槽

9、內(nèi) , 后足尖放在管制器得溝槽內(nèi) , 但不得與鋼絲相碰 , 光杠桿得平面鏡要與平臺垂直 .（）光杠桿、望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺調(diào)整好后 , 整個實驗中防止位置變動 . 加取砝碼要輕取輕放 , 待鋼絲不動時再觀測讀數(shù)。觀察標(biāo)尺時眼睛正對望遠(yuǎn)鏡，不得忽高忽低引起視差。數(shù)據(jù)記錄及測量砝碼質(zhì)量 /g拉伸長度/mm平均值 /mm 01、 11、1、 13002、 322、 382、 35150、 493、 363、 30004、 94、 54、 75 05、 74、 65、 6836、 666、6、35007、 94、 027、 98直徑 d cm上0、2 80、 262中0、 2840、 45下、 2 40、 285平均值0、 75l、 2cmD= 9、05cmL=144、 2cm逐差法： b0=4、 7mm，b1=4、55m,b2=、 2， b=4、 5mm, 、 47m，由,代入測量數(shù)據(jù)平均值，得E=2、15 、=0、 02+0、002+、 0028+E=作圖法 :斜率 M為 0、00228思考題1、利用光杠桿把測微小長度L 變成側(cè)，