传统的杨氏弹性模量实验报告.docx

杨氏弹性模量的测定实验人： 杨氏弹性模量是材料弹性性质的一个主要特征量.本实验通过对钢丝杨氏弹性模量的测量,学习一种测量长度微小变化的方法:光杠杆镜尺法.目的1. 测定金属丝的杨氏弹性模量.2. 掌握光杠杆镜尺法测定长度微小变化的原理,学会具体的测量方法.3. 学习处理实验数据的两种方法:图解法和逐差法.原理1. 金属丝受外拉力作用,会有伸长,且遵从虎克定律,有其中,Y:杨氏弹性模量 mg:外力 S:金属丝横截面积 L:金属丝长度 L:金属丝伸长量图1. 拉伸法测量杨氏弹性模量原理图 标尺2. 光杠杆镜尺法测微原理如图1,该系统利用镜子放大微小变化,从而达到测微效果.结合虎克定律及光杠杆镜尺法,可得杨氏弹性模量为其中,L:金属丝原长 D:镜面到标尺的垂直距离 S:金属丝截面积K:光杠杆前足到两后足连线的垂直距离 :单个砝码质量 :加/减单个砝码时，标尺读数变化量LDgSK均为常量,由图解法和逐差法求出仪器杨氏模量测定仪(如图M-4-3),调节方法如下:1. 调节光杠杆与望远镜在同一高度,光杠杆镜面尽可能铅直.2. 在望远镜外侧寻找光杠杆镜面上标尺的象(如看不到,应调节镜面方位和移动测定仪的位置)3. 移动望远镜,使其缺口与准星大致对准标尺的像.4. 调节望远镜目镜,使观察到的十字叉丝清晰.5. 调节望远镜调焦手轮,先观察到镜子，再观察到标尺，使观察到的标尺读数与十字叉丝均清晰而无视差.实验步骤1. 调节测定仪,使支架铅直.2. 在金属丝下端先挂一负载(如2千克),使金属丝完全拉直,此负载为初始负载,不计入作用力内.3. 用带有卡具的米尺量出金属丝长度L.4. 在不同位置，用螺旋测微计测10次金属丝直径d,取平均值.5. 安装光杠杆,调节望远镜,记录望远镜读数x0,逐渐增加砝码到90.500kg,每次增加0.500kg,记录望远镜读数xi,再逐渐减少砝码,记录望远镜读数,则xi=0.5(xi+ xi)6. 用钢皮尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D7. 用游标卡尺测量光杠杆前足到后两足连线的垂直长度K.注意事项1. 调节望远镜时,注意消除视差,即要求标尺读数相对十字叉丝无相对位移.2. 实验前,望远镜中标尺读数应在1020cm之间.3. 在测量期间切不可碰撞或移动仪器.4. 不可触摸光杠杆镜面.数据记录和处理金属丝材料：钢5块砝码质量：m=50.500kgg=9.794m/s2最大仪器误差 不确定度m：砝码，0.500kg， 2g L：米尺，分度1mm D：钢卷尺，分度1mm， K：游标卡尺，分度0.02mm d：千分尺，分度0.004mm 0.004mm ：米尺，分度1mm 0.1cm 1.测定金属丝的直径（mm）:测量次数12345678910钢丝直径0.4930.4940.4920.4950.4960.4940.4900.4940.4900.490平均值0.493d=(0.4930.003)mm (螺旋测微计标准仪器偏差为0.002mm)2.测定钢丝的 值:imi(kg)增荷xi(cm)减荷xi (cm)xi=0.5(xi+ xi) (cm)=(cm)(cm)000.50012.6812.7012.690.002.83110.50013.2313.2413.240.552.84220.50013.7713.7913.781.092.84330.50014.4314.4614.421.732.83440.50014.9014.9114.902.212.81550.50015.5115.5215.522.83660.50016.0916.0716.083.39770.50016.6016.6316.623.93880.50017.2517.2517.254.56990.50017.7117.7117.715.023.计算钢丝的杨氏弹性模量钢丝的杨氏弹性模量标准值：Y=2.001011N/m2（1）用逐差法处理实验数据：平均值=88.3kg/m钢丝的杨氏弹性模量为百分差(1) 用图解法处理实验数据如图为m-关系曲线，利用图线求出比值m/:直线斜率为m/=0.879kg/cm钢丝的杨氏弹性模量为Y1=(8LDgm)/(d2K)=0.879102=1.911011N/m2百分差思考题1. 作图法和逐差法处理实验数据各有什么特点?答:作图法特点是简单,直观,明显表达实验数据间关系.作图法最常用的是作直线.逐差法的特点是可以充分利用实验数据,合理减小实验误差.但逐差法必须满足三个条件:两个变量间存在多项式函数关系;自变量成等差级数递增或递减;测得的数据为偶数组.2. 请分析那些原因会造成xi, xi相差较大?答:可能的原因有:金属丝本身不直;杨氏弹性模量仪支柱不垂直,因而摩擦阻力较大;光杠杆尖角与金属丝相碰;测试时移动光杠