大学物理实验教案1-杨氏弹性模量的测定

大学物理实验教案实验名称杨氏弹性模量的测定教学时数2学时教学目的和要求1、掌握伸长法测量金属丝杨氏模量的原理和方法；2、掌握用光杠杆测量长度微小变化量的原理和方法；

3、学习光杠杆和尺度望远镜的调节与使用；4、学习处理数据的方法。教学重点1、伸长法测量杨氏弹性模量的基本原理。2、光杠杆测量长度微小变化量的原理和方法。3、镜尺系统的调节。4、异号法消除系统误差和最小二乘法处理数据。教学难点1、镜尺系统的调节。2、最小二乘法处理数据。教学内容1、光杠杆法测量金属丝弹性模量的原理及公式；2、弹性模量装置和镜尺系统的调节方法；3、异号法消除圆柱体与平台孔壁之间的微小摩擦和金属丝长度变化的滞后引起的系统误差；4、各物理量的正确测量方法；5、如何使用最小二乘法处理数据。教学方法先讲授，然后实际演示操作要点。教学手段学生操作，随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示，学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。时间分配讲授25分钟，学生操作75分钟。板书设计实验目的、测量关系式、原理图和数据记录表格。主要参考资料1、杨述武等，《普通物理实验》（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2007.2、郑庚兴，《大学物理实验》[M].上海：上海科学技术文献出版社，2004.3、黄水平，《大学物理实验》[M].北京：机械工业出版社，2012.4、徐扬子，丁益民，《大学物理实验》[M].北京：科学出版社，2006.5、李蓉，《基础物理实验教程》[M].北京：北京师范大学出版社，2008.6、金重等，《大学物理实验教程》[M].天津：南开大学出版社，2000.实验名称：杨氏弹性模量的测定实验目的：1、掌握伸长法测量金属丝杨氏模量的原理和方法；2、掌握用光杠杆测量长度微小变化量的原理和方法；

3、学习光杠杆和尺度望远镜的调节与使用；4、学习处理数据的方法。实验仪器：杨氏模量测定仪光杠杆尺度显微镜钢卷尺游标卡尺螺旋测微计砝码金属丝实验原理：1、杨氏模量设一粗细均匀的金属丝长为，截面积为，上端固定，下端悬挂砝码，金属丝在外力的作用下发生形变，伸长。根据胡克定律，在弹性限度内，金属丝的胁强和产生的胁变成正比。即（9-1）或（9-2）式中比例系数称为杨氏弹性模量。在国际单位制中，杨氏弹性模量的单位为牛每平方米，记为。在实验中测量钢丝的杨氏模量，其截面为圆形，其直径为时，相应的截面积，是较大长度的微小伸长量，无法用一般的长度测量仪器测量，因此实验中用光杠杆法进行测量，测量公式于是可得实验中的杨氏模量测量公式：令，K为砝码质量改变一个单位时，望远镜中所见尺的读数的变化量，则问题讨论1.光学放大系统的调整要点是什么？答：外观对准、镜外找像、镜内找像、细调对零。2.本实验的若干长度量为什么采用不同的测量方法？答：根据误差理论，物理量的值越小，应该采用越精确的测量仪器、越可靠的测量方法，这样才能减小该量测量的相对误差。本实验中，金属丝的长度l、标尺到平面镜的垂直别离、光杠杆臂长都是比较大的长度量，量值在7cm～180cm之间，采用了米尺进行测量；金属丝的直径较小，在1mm之内，采用了螺旋测微计测量；而金属丝的伸长量大约只有千分之几毫米，因而采用了光学放大系统来测量。附实验数据记录表格重力加速度g=9.795m/s21.钢丝长度D的测量：l=2.标尺光杠杆镜面到标尺的距离3.光杠杆镜臂长：4.测定金属丝的直径测量次数12345678910直径d/mm5.测定钢丝的k值测量次数1234