大学物理实验-线膨胀系数和杨氏模量实验.pdf

大学物理实验 光杠杆 测量微小长度变化 1 7 大学物理实验 实验8 9 考题 2009 4 16 大学物理实验 实验8 9 考题 2009 4 16 铜棒的线膨胀系数测量 要求 要求 根据提供的仪器 对铜棒的线膨胀系数进行测量 给出实验结果和分析 提交实验报告根据提供的仪器 对铜棒的线膨胀系数进行测量 给出实验结果和分析 提交实验报告 1 光杠杆实验原理图光杠杆实验原理图 6分分 2 实验原理 14分 2 实验原理 14分 常温下 铜棒的线长度与温度的经验公式为 1 t 0 tLL 如果tL 比较小 则可以推出公式 tL L L 1 由光杠杆公式 nL D K 2 tDL k L 1 2 n 大学物理实验 光杠杆 测量微小长度变化 2 7 3 实验步骤和实验设备实验步骤和实验设备 10分分 加温炉子 光杠杆系统 卡尺 0 02mm 直尺 0 5mm 钢卷尺 0 5mm 铜棒 温度 计 光源 实验步骤 实验步骤 实验步骤 1 调节加热炉子成铅直 2 调节光杠镜和望远镜 粗调 先调节望远镜的高度 使之与光杠镜等高 并调节光杠镜的镜面垂直于平台面 放置 光杠镜的平台 移动望远镜 使标尺与望远镜几乎对称地分居反射镜的两侧 然后 利用望远镜上面的瞄准器 使望远镜对准反射镜 调节镜面使通过镜筒上方能从反射 镜中看到标尺像 细调 从望远镜中观察 旋转目镜直至看清叉丝 然后调节镜筒中部的调焦螺旋 以改变组 合物镜的焦距达到清晰地看到标尺像 仔细调节目镜和调焦螺旋 使标尺像与叉丝共 面 此刻若眼睛略微上下移动 标尺像与叉丝没有相对移动 升降标尺高度 令标 尺像的零刻线与望远镜叉丝的水平丝几乎重合 4 原始数据 光杠杆系统参数 温度 刻度值等 20分 4 原始数据 光杠杆系统参数 温度 刻度值等 20分 mmDmmkmmLnc t o 5 05 1856 02 066 81 2 504 0 8 17t 1 11 其他数据见下面 5 数据处理 图解L Lo 1 at 中的Lo a 30分 mmDmmkmmLnc t o 5 05 1856 02 066 81 2 504 0 8 17t 1 11 2 3 4 5 6 7 8 ti 摄氏度 17 8 25 0 30 0 35 0 40 0 45 50 mm ni 0 5 5 8 1 10 9 13 8 16 5 19 0 mmnn iii n 1 5 5 2 6 2 8 2 9 2 7 2 5 i n D k L 2 i i n022 0 mm 0 121 0 057 0 062 0 064 0 059 0 055 iii LLL 1 mm 504 32504 38 504 44 504 50 504 56 504 62 大学物理实验 光杠杆 测量微小长度变化 3 7 从LI点 做近似直线 从图上延长线与纵轴交点的 Lo 504mm 取直线上两点 25 504 38 40 504 56 得斜率为 2540 38 50456 504 0 012 mm C 504 012 0 0 L 5 1038 2 C 实验操作 15分 报告整洁5分 大学物理实验 光杠杆 测量微小长度变化 4 7 拉伸法测量钢丝的弹性模量 要求要求 根据提供的仪器 对钢丝的弹性模量进行测量 提交实验报告 根据提供的仪器 对钢丝的弹性模量进行测量 提交实验报告 1 光杠杆实验原理图光杠杆实验原理图 10分分 掌握不同长度测量器具的使用 掌握光杠杆测微原理和调节方法 学会用拉伸法测定杨氏弹性模量 学习用逐差法处理数据 2 实验原理及公式 20分 根据虎克定律 弹性限度内 长为L 截面积S 直径为d 的钢丝 受到力F作用时 将 伸长L 则有 L L E S F 得 L L d F E 2 4 E称为杨氏模量 其大小由材料性质而定 L 很小 故用光杠杆测微法进行测量 依据光杠杆测 微原理有 nL D K 2 得 nKd FLD nK DL d F E 2 824 2 式中K为光杠杆短臂长 D2为长臂长 D为光杠镜至标尺间距离 n 为长臂末端的位移 3 实验步骤和实验设备实验步骤和实验设备 15分分 杨氏模量测定仪 光杠杆系统 卡尺 0 02mm 千分尺 0 004mm 直尺 0 5mm 钢卷尺 0 5mm 待测金属丝 砝码 光源 实验步骤 实验步骤 调节杨氏模量仪支架成铅直 调节光杠镜和望远镜 大学物理实验 光杠杆 测量微小长度变化 5 7 粗调 先调节望远镜的高度 使之与光杠镜等高 并调节光杠镜的镜面垂直于平台面 放置 光杠镜的平台 移动望远镜 使标尺与望远镜几乎对称地分居反射镜的两侧 然后 利用望远镜上面的瞄准器 使望远镜对准反射镜 调节镜面使通过镜筒上方能从反射 镜中看到标尺像 细调 从望远镜中观察 旋转目镜直至看清叉丝 然后调节镜筒中部的调焦螺旋 以改变组 合物镜的焦距达到清晰地看到标尺像 仔细调节目镜和调焦螺旋 使标尺像与叉丝共 面 此刻若眼睛略微上下移动 标尺像与叉丝没有相对移动 升降标尺高度 令标 尺像的零刻线与望远镜叉丝的水平丝几乎重合 注意 1 不要急于调节物镜找象 因为如果前几步未调节好 那么无论怎样调节物镜也找不到平 面镜中直尺的象 2 光杠杆 望远镜和标尺应在开始测量前调好 实验过程中绝对不得再移动 否则所测数 据无效 实验应从头做起 3 加槽码时 条必谨慎 以免钢丝摆动造成光杠杆移动 并注意各槽码应错开 防止钢丝 倾斜及槽码掉落 4 4 原始数据 光杠杆系统参数 千分尺 游标卡尺数据 钢丝原长 刻度值等 20分 原始数据 光杠杆系统参数 千分尺 游标卡尺数据 钢丝原长 刻度值等 20分 测量 先在砝码盘上放1kg砝码 用以拉直钢丝 然后逐次增加1kg砝码 记下相应标尺像的读 数 共7次 然后反向操作 合理选择不同测长仪 测量各量长度 荷重钢丝微小长度变化的数据记录和计算 表表1 荷重F 砝码质量 kg 标尺读数n cm m05 0c 荷重砝码质量差3kg时的读数差 n cm n 的绝对误差 n cm F 增加时的 i n F 减少时的 i n in平均值 0 1 2 3 4 5 6 7 40 5 51 4 62 3 70 2 99 0 00 0 6 5 4 3 2 1 n n n n n n 49 5 70 3 80 2 90 1 00 1 10 0 6 5 4 3 2 1 n n n n n n 55 4 66 3 75 2 85 1 00 1 05 0 6 5 4 3 2 1 n n n n n n 58 3 3 1 60 3 55 3 61 3 3 143 252 361 ii nnn SSn SSn SSn 023 0 02 0 03 0 03 0 3 2 1 n n n n 大学物理实验 光杠杆 测量微小长度变化 6 7 2 光杠杆D K和钢丝L d的测量记录和计算 表表2 D cm cm05 0 k cm cm002 0 L cm cm05 0 d mm mm004 0 1 2 3 4 5 150 30 7 246 82 50 0 503 0 489 0 497 平均 30 150 D 246 7 k 50 82 L 496 0 d mmdmmLmmkD0145 0 5 0 02 0 mm5 0 22 dd BA d 1 3 1 2 nn dd td i i A 3 2 001 0007 0007 0 30 4 222 0 014 mm 22 004 0014 0 d 0 0145 5 5 数据处理 不确度计算 逐差方法应用 等 20分 数据处理 不确度计算 逐差方法应用 等 20分 钢丝杨氏模量E的计算 d为多次测量 其他为单次测量 记录 Pa nKd FDL E 11 22 1091 1 58 3246 7489 0 80 943 15050 8288 E的最大相对误差 仪器的允许误差与测量误差比较后代入 222222 2 n n F F d d K K D D L L E E 1000 5 58 3 05 0 246 7 002 0 496 0 0145 0 2 30 150 05 0 50 82 05 0 最后一项可以 n 2 待 测 量 次 数 大学物理实验 光杠杆 测量微小长度变化 7 7 0 000606