物理创新实验.doc

重庆交通大学第X届大学物理综合设计与科技创新竞赛活动论 文标题： 学院： 专业班级： 姓名： 学 号： 学 号： 学 号： 联系电话： 日期： 杨氏模量与温度的关系重庆交通大学土木建筑学院XX级桥梁工程X班XX XX XX摘要：本文通过研究杨氏模量与温度的关系，探究金属在特定温度情况下抗拉的特性杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量，也是工程上极为重要的常用参数。实验中，运用拉伸法测定杨氏模量值大小。研究多个温度下杨氏模量值，通过对其值的大小，判断其抵抗形变的能力，进一步研究其与温度大小的线性关系。关键词：杨氏模量 拉伸法 温度 线性关系 物理实验 1 一级标题：研究杨氏模量大小是否与温度有关1.1二级标题：假设成立，研究其是否具备线性关系作者： 级 道路工程 班 实验原理：1 用拉伸法测金属丝的杨氏模量 物体在外力作用下，总会发生形变。当形变不超过某一限度时，外力消失后，形变随之消失，这种形变称之为弹性形变。发生弹性形变时，物体内部产生恢复原状的内应力。杨氏模量正是反映固体材料形变与内应力关系的物理量。本实验中形变为拉伸形变，即金属丝仅发生轴向拉伸形变。设金属丝长为L，横截面积为s ,沿长度方向受一外力F后金属丝伸长L。单位横截面积上的垂直作用力F/S称为正应力，金属丝的相对伸长量LL称为线应变。这两个概念，大家应在弹性力学中碰到。实验结果表明，在弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即（）公式中系数Y称为杨氏模量。不同的材料，Y值不一样。从上式可以看出：当单位横截面上的外力一定时，相对伸长量越大，则Y值越小，即材料抵抗形变的能力越小。式（-）中，外力F、横截面积S、细丝长度L都容易测定，外力为每次加1kg力的砝码，看做常量。横截面积通过测量直径d可计算出来。细丝长度也可以用卷尺很方便的测量出来。对于细丝微小的形变量要测准确，必须放大的方法。本实验采取用千分表测量的方法。实验设计图：细绳细铝丝温度控制器千分表砝码千分表的作用： 利用千分表来测量细铝丝在外力作用下的拉伸量。千分表是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具。图为千分表的结构。当量杆移动1毫米时，这一移动量通过齿条、轴齿轮1、齿轮和轴齿轮2放大后传递给安装在轴齿轮2上的指针，使指针转动一圈。若增加齿轮放大机构的放大比，使圆表盘上的分度值为0.001毫米或0.002毫米（圆表盘上有200个或100个等分刻度），则这种表式测量工具即称为千分表。二者的原理是相同的。千分表是美国的B.C.艾姆斯等于1890年制成的。它常用于形状和位置误差以及小位移的长度测量。千分表的示值范围一般为010毫米，大的可以达到100毫米。改变测头形状并配以相应的支架，可 1制成千分表的变形品种，例如厚度千分表、深度千分表和内径千分表(见孔径测量)等。如用杠杆代替齿条则可制成杠杆千分表和杠杆千分表，其示值范围较小，但灵敏度较高。此外，它们的测头可以在一定角度内转动，能适应不同方向的测量，结构也紧凑。它们适用于测量普通千分表难以测量的外圆、小孔和沟槽等的形状和位置误差。在利用千分表测出铝丝的拉伸量时，列表做记录。本实验中采用拉伸法测细丝被拉伸的量。即是在不同温度下的杨氏模量是否相同，温度不同，细丝内的分子活动量也不同，进而个分子之间的相互作用力也不同，固然杨氏模量也不一样，本实验中就是探究其温度对其影响的大小及其线性关系。每多方一个砝码时，细丝被拉长一段距离，利用千分表测出其拉伸的距离，在千分表读书时，要待其稳定后再读书，注意保持各实验仪器的平稳。依次记录没加一个砝码时千分表的读书，再利用读书计算出细丝的变化量，然后利用公式计算出杨氏模量。实验仪器：温度控制器，千分尺，千分表，钢卷尺，细铝丝，细绳，砝码实验步骤：.，在挂钩上加三个砝码，将细丝拉直。调节仪器的底角螺丝，借助水平仪，将平台调平。，利用千分尺选取三处测出细丝直径，以便于确定细丝的横截面积。，用钢卷尺测出细丝长度，安装温度控制器于水平台上。，在细丝与细绳连接处安置一夹子，便于安装千分表。，调节千分表位置，调节千分表高度和细丝所在平面一致，并使千分表前端与夹子保持紧密连接，以减少误差。，打开温度控制器，使温度控制在。，加、减砝码测量。每增加一个砝码记下相应千分表读数。一共加个砝码，然后每减少一个砝码又记下读数。注意同一个荷重下的两个读数要记在一起。增重与减重对应同一荷重下的读数的平均值才是对应荷重下的最值，它消除了摩擦与滞后等系统误差。，依次在测出温度控制器控制的细丝温度为45 60 75 90时千分表的读数。10，利用以上不同五个温度下所计算出的杨氏模量的大小判断其线性关系，并建立坐标描绘出其线性图形。数据记录： 钢丝直径数据记录表 零差d0= mm 次数读书值d测量值d=d- d0123平均此表用于记录细丝所测直径，并用于计算其细丝横截面积。 砝码数Fi=mig增加砝码时的标尺读数x（mm）减少砝码时的标尺读数x(mm)33*9.8044*9.8055*9.8066*9.8077*9.8088*9.8030下细丝伸长量数据记录表用以上表格记录温度分别为30 45 60 75 90下细丝伸长量。运用逐差法将数据分成前后两组：（和（），实行对应项相减，与之对应的F为F=3Mg=3*1*9.8=29.4NM是一个砝码的质量（M=1Kg）Y=_N/m 通过以上计算方法计