创新实验设计杨氏模量的测量 精品.doc

创新实验设计杨氏模量的测量 本实验就是运用三角形相似原理，把钢丝的伸长量进行放大。此方法受限制小，仪器少，操作简单，而且能准确的测出杨氏模量实验目的： 1、学会用三角形相似原理测定金属丝的杨氏模量。 2、学会多角度对实验创新。 3、学会用逐差法处理实验数据。实验仪器：杨氏模量仪、刚卷尺、水准仪、硬质米尺、游标卡尺、螺旋测微器、砝码、微型激光发射器和钢丝。实验原理：最简单的形变是棒状物体（或金属丝）受外力后的伸长与缩短。设以物体长为L，截面积为S。沿长度方向施力F后，物体的伸长（缩短）为L。比值F/S是单位面积上的作用力，称为胁强，它决定了物体的形变；比值L/L是物体的相对伸长，称为胁变，它表示物体形变的大小。按照胡克定律，在物体的限度内胁强与胁变成正比，其比例系数为 Y=（FL）/(LS). Y称为杨氏模量，Y的国际单位制是帕斯卡，记为Pa(1Pa=1N/m2).根据上式，测出等号右边各量后，便可算出杨氏模量。其中，F、L和S可用一般的方法测得，唯有伸长量L的值很小，用一般工具不易测量准确。因此我们用放大法来测定伸长量L。装置原理图如右图所示： N为在米尺上的读数，L为钢丝伸长量即为OE、FB，OC为激光器的长度，OF为激光器距离米尺的距离。 AN F OLB E CN在米尺上读出，OC可以测出，根据三角形相似可以得到：AFO与OEC相似，AO/OC=AF/OE因为AF和OF已知，根据直角三角形勾股定理可算出AO这样OE可以算出来。实验步骤： 、按 照实验要求安装仪器，米尺必须保持与地面垂直，激光 器必须与地面保持平行。（把光杠杆镜子改成激光发射器） 、适当调整被测钢丝长度，使钢丝长度为。 、二前尖脚放在工作台的横槽内，后面的主杆尖脚放在下夹头上，但是不与钢丝接触。调整激光发射器光点恰好垂直照在左边竖着的长米尺上。钢丝自然伸直。 、按顺序增加砝码，（每次增加），观察长米尺上的刻度变化，并依次记下相应的刻度值。然后按相反次序将砝码取下，记录相应的米尺数值用逐差法算出的平均值。 、测量钢丝的长度和激光器到长米尺的距离，测量激光器两前脚中点与后脚的距离OC,用螺旋测微器测量钢丝的直径d,并计算其截面积 6 、 带入数据计算杨氏模量E.注意事项：1.长米尺必须与地面垂直，激光器发出射线必须与地面平行，且光点恰好垂直照在长米尺上。此为关键！ 2.后脚不能与钢丝接触。保持钢丝处于垂直状态。 3.尽量让钢丝不晃动。稳定后再读数。数据记录： 钢丝伸长量数据记录表砝码数 nF=mg (N)增加砝码时的读数Ni(mm)减少砝码时的读数Nj(mm)Nn=(Ni+Nj)/2 （mm）33*9.8044*9.8055*9.8066*9.8077*9.8088*9.8099*9.801010*9.80 N0= mm 钢丝直径数据记录表 零差d0= mm次数读数值d1 (mm)测量值d=d1-d0 (mm)123 其他数据记录表项目项目数据测量值测量误差F (N)4*1.00*9.804*0.01*9.80L (mm)0.5D (mm)0.5b (mm)0.1、数据处理：L=(b*(Nn-N0) /(D2+(Nn-N)2)逐差法：L=F=4Mg=4*1*9.8=39.2NY=（FL）/