牛顿环与体积模量

牛顿环与体积模量摘要这个实验的研究目的是测量玻璃的体积模量测量的方法是通过牛顿环用光的干涉法来测算,由牛顿环中心的干涉暗圈可以得出平凸透镜的形变量,通过托盘天平可以测出透镜的质量从而计算出其重力,大小即为其受到的弹力,弹力与暗圈面积的比值为平凸透镜的压强应变计算结果为K6481010PA结论这个方法所得比较粗略,只有数量级是正确的,在不要求精密结果的情况下可以使用。关键词光的干涉；体秿模量；非机械法测微小量；虎克定律NEWTONSRINGSANDBULKMODULUSABSTRACTTHISEXPERIMENTAIMTOMEASURINGTHEBULKMODULUSOFGLASSWITHNEWTOSRINGSIUSAEXAMPLEOFUSINGTHEINTERFERENCEOFLIGHTANDTHECONSEQUENCEOFITIS37100PAFROMITWEKNOWTHATTHEMETHODCANBEUSEDWHENWANEEDTOKNOWTHEROUGHBULKMODULUSQUICKLYANDINEXPENSIVEKEYWORDSINTERFERENCE“OFLIGHTBULKMODULUSNONMECHANICALMETHODFORMEASURINGHOOKESLAW1实验思路本学期第四周,实验,利用空气劈尖测量头发丝的直径带来实验思想非机械法测量微小变量第十四周,拉伸法测金属丝的杨氏模量带来对虎克定律的理解学习过程中,观察到牛顿环中央暗圈比较大，引发思考。2设计思想21实验目的观察理解牛顿环中心的暗圈用牛顿环法测体积模量体会非机械法测量小尺度的实验思想加深对虎克定律的理解22实验内容用牛顿环中心黑圈测玻璃体积模量23实验仪器读数显微镜,牛顿环,钠光灯,量杯,针管,托盘天平24实验原理根据虎克定律及资料得知,以DP表示压强的改变,以DV/V表示相应的体积的相对变化即体应变,则虎克定律表示式为DPKDV/V牛顿环中央黑圈部位的光程差是0,与玻片紧贴平凸透镜放在玻璃片上,由于弹力作用而发生体积应变DV,弹力大小F为平凸透镜的重力,平凸透镜与玻片之间的压强DP由F除以黑圈面积S而得体积模量KDP/DV/V式中V为平凸透镜的体积通过读数显微镜测出黑圈直径D可以求出黑圈面积SD/22从仪器盒上读取平凸透镜的曲率半径R比较平凸透镜与玻璃片总体积在形变前后的变化,总的形变是减少了一个底直径为D的球缺的体积使用数学上的积分法,可以求得球缺的体积H2RH/3即为DVR是球的半径,H是球缺的高,而根据几何关系及勾股定理可知R2D/22RH2,两式结合可得DV2RR2D2/4RR2D2/42/3平凸透镜的体积V用装有适量水的量杯来测,平凸透镜放进去后溶液总体积的变化即为V由于这样会使平凸透镜沾水,所以应在最后测平凸透镜的质量M用托盘天平测查资料得知重庆纬度为295N,再查重力加速度表得知G在此纬度下约为9791M/S2可得FMG至此,已可求出体积模量3实验步骤1,调节实验装置具体如下1点亮钠光灯,转动半反射镜,使得通过显微镜观察是视场最亮,这时,基本上满足入射光垂直于透镜的要求2调节目镜使十字叉丝清晰,旋转物镜调节首轮,使镜筒由最低位置缓缓上升,边升边观察,直至目镜中看到聚焦清晰的牛顿环,移动牛顿环装置使干涉条纹的中心在视场中央2,观察牛顿环的中央的暗圈思考其产生的原理3,读取仪器盒上的平凸透镜的曲率半径R4,测量暗圈的直径D调整显微镜,转动测微鼓轮,使十字叉丝从与黑圈的一边相切,记下读数D1A,转动鼓轮,再移到另一边相切的地方,记下读数D1B,则直径D1|D1BD1A|转动牛顿环,同样的方法进行5次,记录下各数据及D1,D2,D5,取平均值为D5,用托盘天平测出凸透镜的质量M重力GMGG9791M/S26,在量杯中放入适量水达到某一刻度,放入平凸透镜,待稳定后用精确到01ML的针筒吸出增多的水量至初始刻度,记下针筒中水的容量V7,整理并放好各仪器4注意事项为了避免测微鼓轮“空转”而引起的测量误差，每次测量中,转动鼓轮都应沿同一方向转动,中途不可倒转,否则应重新测量5数据处理1,R8551MM08551MDIAMMDIBMM|DIADIB|MM第一次22496246532157第二次21057233302273第三次24519269042385第四次25862283142452第五次22583250252442平均值MM2342S4306MM24306106M2D/222,M120G120103KGFMG0117N3,V1411ML411106M34,PF/S272104PA17261012M3222/422/423KP/DV/V6481010PA而玻璃的理论体积模量K371010PA6实验分析P比P实际大,因为因为接触面不是绝对平的,表面积大于底面积故而可能造成结果偏大D有误差,因为暗纹本身存在一个宽度,所以D不是真实的D由于灰尘难以避免,所以会略有误差不同玻璃内部的各化学成分比例是不同的,普通的石英玻璃和光学玻璃的体积模量尽管数量级相同,但具体值可能会稍有不同7实验心得对于虎克定律我们已经很熟悉了,而这次是首次测体积模量,比较新颖牛顿环与体积模量看似不搭边,却能互相联系,也展现了物理世界的奥妙我们体会到了光的干涉在非机械法测量小尺度的实验上强大的效用之所以测量小尺度,是因为玻璃不是钢筋,它很脆,形变稍大就会碎而且这样测的成本很低因为目前严密的测量方法要用超声波测共振频率,还可以测量除了玻璃以外透明材料的弹性模量,在很多情况不要去很严密的情况下可以使用在设计和计算的时候,我们又感受到数学与物理的密不可分作者简介柳超1990,男,本科,学生EMAILLIUCHAORQQCOM马丽1989,女,本科,学生徐晓曼1989,女,本科,学生导师简介杨霞（1968）,女,