用拉伸法测定钢丝的杨氏模量-伍

实验目的1.学习用静态拉伸法测量金属丝杨氏模量，掌握光杠杆测定微小伸长量的原理；2.初步学会调节、使用望远镜；3.巩固练习三种基本长度测量仪器的使用。实验内容测量给定钢丝的杨氏模量第1页/共25页第一页，共26页。实验原理杨氏模量（Young'smodulus），是材料力学中的名词。根据胡克定律：在弹性限度内，弹性体的相对伸长DL/L与物体的应力F/S成正比，可表示为其中比例系数就是该材料的杨氏弹性模量，简称杨氏模量。量纲是N•m-2金属丝应力０F砝码应变SL⊿LS第2页/共25页第二页，共26页。实验原理钢丝的横截面积代入上式，得:F:砝码对钢丝所产生的重力(F=mg)L:钢丝长度(用直尺测量)d:钢丝的直径(用螺旋测微计测量)ΔL：钢丝的伸长量，为一个不易测量的小量（采用光杠杆放大原理来测量）第3页/共25页第三页，共26页。光杠杆放大原理l

直尺钢丝砝码盘ΔLΔx反射镜法线θlD

x0

x2θθ放大倍数第4页/共25页第四页，共26页。测量公式F:砝码对钢丝所产生的重力(F=mg)L:钢丝长度(用卷尺测量)d:钢丝的直径(用螺旋测微计测量)D：光杠杆镜面到标尺的垂直距离（用卷尺测量）l:光杠杆前后足的垂直距离(用游标卡尺测量）Δx:增加砝码使望远镜中的标尺位置发生变化的量第5页/共25页第五页，共26页。实验仪器望远镜直标尺金属丝光杠杆杨氏模量测定仪平台夹头镜尺机构砝码准星缺口调焦旋钮锁紧螺钉目镜游标卡尺螺旋测微计卷尺俯仰螺钉第6页/共25页第六页，共26页。螺旋测微计（千分尺）砧台螺杆固定套管微分筒限压棘轮锁定装置弓形尺架最小刻度量程千分尺使用之前应先读零点读数，然后将测量值减去零点读数才是被测物体的真实值。同时要注意零点读数的正负。例如下图：另外：测量时应注意，当测砧面快接触到被测样品时一定要用棘动轮，不能用微分筒读数为：-0.013mm读数为：0.062mm第7页/共25页第七页，共26页。螺旋测微器的读数012固定套管：每刻度为1毫米45040半刻度微分筒：50等分主尺上的0.5毫米，每等分为0.01毫米微分筒每转1周，固定套管就沿轴线直进（或退）0.5毫米，若旋转n个最小分度（包括估读分度），则l=0.01n毫米测量读数=固定套管刻度+微分筒刻度+估读位固定刻度：2可动刻度：45.9是否超过半刻度？是。L=2.5+0.459=2.959mm第8页/共25页第八页，共26页。螺旋测微器的读数固定刻度：0是否超过半刻度？不太清楚。0545可动刻度：49.1说明没有超过半刻度线0测量读数=固定套管刻度+微分筒刻度（包括估读位）L=0+0.491=0.491mm第9页/共25页第九页，共26页。游标卡尺内径卡尺外径卡口主尺拇指推触点锁紧螺钉测深定度尺第10页/共25页第十页，共26页。游标卡尺123mm48×0.02=0.96mmL=123+0.96=123.96mm（不估读）第11页/共25页第十一页，共26页。实验步骤1、将光杠杆放置好，调平面镜镜面竖直。将光杠杆放在平台上，两前足放在平台前面的横槽内后足放在活动金属丝夹具上，但不可与金属丝相碰第12页/共25页第十二页，共26页。实验步骤2移动望远镜底座，标尺位置。使眼睛直接看到平面镜里直尺的像，注意：不是通过望远镜看到直尺的像。第13页/共25页第十三页，共26页。实验步骤3、调节聚焦手轮（焦距调小），使望远镜看清平面镜。调整望远镜的位置和仰俯螺钉，使平面镜在望远镜视场正中。第14页/共25页第十四页，共26页。实验步骤4、调节望远镜焦距（焦距放大），使望远镜可以看见平面镜里直尺的像第15页/共25页第十五页，共26页。实验步骤5、调节目镜旋钮使“丰”字叉丝清晰，调焦使标尺像清晰无视差物镜准星物镜调焦目镜视差产生的原因：由于度量标尺（分划板）与被测物体（像）不共面，使得当眼睛晃动（观察位置稍微改变）时，标尺与被测物体之间会有相对移动。第16页/共25页第十六页，共26页。实验步骤6、加上初始负载（一块砝码），拉直钢丝。7、调整标尺位置或平面镜倾斜程度，记录数据前标尺读数应在10cm以下。8、开始加砝码测数据。实验中手勿压桌面和在桌面加减东西。加的砝码缺口应相互错开，防止事故。第17页/共25页第十七页，共26页。记录数据砝码个数0123456标尺读数mm加不记数据减不记数据平均序号i123平均xi=xi+3xi砝码质量：

360

g用逐差法处理数据。第18页/共25页第十八页，共26页。记录数据测量次数123456d

测量钢丝直径d测量其它量D=

mm；l=

mm；L=

mm；第19页/共25页第十九页，共26页。数据处理计算每个分量的平均值及不确定度：第20页/共25页第二十页，共26页。使用计算器计算A类不确定度1、清除数据和模式（SHIFT+CLR;选3；==）2、模式选择（MODE;选2，SD:标准差）3、数据输入（x1,M+;x2,M+;......）在SD模式中，起DT键的作用4、计算贝塞尔公式，(SHIFT+2;选3；=）5、用结果除以第21页/共25页第二十一页，共26页。数据处理第22页/共25页第二十二页，共26页。23仪器不是主要误差来源时，如何处理？例：米尺测量人的身高，米尺的分度值为1mm，但我们知道，测量的不确定度远大于这个值。我们可以经验地估计一个置信区间半宽，如1cm，并采用均匀分布，则

第23页/共25页第二十三页，共26页。数据处理第24页/共25页第二十四页，共26页。感谢您的观看！第25页/共25页第二十五页，共26页。内容总结实验目的。F:砝码对钢丝所产生的重力(F=mg)。千分尺使用之前应先读零点读数，然后将测量值减去零点读数才是被测物体的真实值。微分筒：5