东北大学 物理实验 拉伸法杨氏模量的测量 实际体会详细过程

1、实验报告没什么可说的，该实验的原理和步骤都不多，地方足够都写上了，表格要画 好，另外去实验室的时候带把尺子吧，实验的时候会用上，再带 12 张纸，同样会用上。 实验报告封面的实验时间也写上吧，赵涛老师当时看到没写的就让那人去补上了 （1）实验开始前 实验前老师会讲解，而且赵涛老师会随机提问不过提问的倒不是特别难的问题， 我那次做实验的时候她首先问的是“杨氏模量的 E 等于什么？”，这个时候一定要回答“等 于应力比应变”，老师问应力、应变的话就回答“ 应力是单位面积受的力的大小，应变是单 位长度的伸长量”。别回答F 比 S 再比上L 比 L 什么的，那样的话老师会说你死记公式什 么的不过有的人说

2、老师提问回答不上会扣分，这个我还真没看到扣分，尽管如此，实验 前还是要充分预习好。用老师的话说，预习是要“带着目的去看书”，就是说预习前要先考 虑“要干什么”(测杨氏模量)，“怎么能测杨氏模量”（E=F/S / L/L）,F 怎么测，S 怎 么测，L 怎么测，L 怎么测（这些书上都有），“测完了怎么得到杨氏模量”（用公式计 算）差不多知道这些就可以了。 据说实验室每根钢丝的长度都不一样， 所以用学长的数据不 一定符合。 如果调仪器总是调不准要问老师，不要自己在那一直调，如果老师发现你一直调， 她可能会扣你分的，理由是没有掌握实验操作。 （2）实验开始啦 实验前老师讲解了一下实验的步骤，这里我就

3、放在了实验的环节。 1 / 30 实验台，一个试验台上有两组器材，测量工具（米尺、游标卡尺、螺旋测微器（千 分尺）两个人共用一组。左侧为望远镜与标尺，右侧为杨氏模量仪。 2 / 30 望远镜与标尺 3 / 30 标尺（下正上负，其实0 上面 2、3、4 上的负号是有人后加上 的） 4 / 30 更新：这里还是上正下负计算会比较好，因为开始的N 会是负的，随着砝码增加到 4 个以后刻度会大致到0 然后的 N 会是正的， 这样事后处理数据时得出的N 会是正的， 便 于计算。 5 / 30 杨氏模量仪（中间是平面镜） 6 / 30 测量工具（小盒里是千分尺，大盒里是游标卡尺）以及上方的砝码（每 人

4、6 个） 7 / 30 这些就是此次实验所需的全部器材。 整个过程由老师一次讲完，总体可分为两步，调整和测量 1、仪器的调整 一、加砝码，往砝码盘上加4 个砝码，目的是保持垂下的绳子与水平面垂直，好作 为调整杨氏模量仪的参照。 二、调整放小镜的平台水平。 我们使用 1、2、3 这 3 个旋钮来调节，首先使眼睛从沿 2 的那条腿看过去，看砝码 两侧的距离是否一致，如果不一致，则调节1、3 来直至左右两侧距离一样为止。 8 / 30 然后眼睛从 1 或 3 侧看去，当 1、3 侧两根铁杆重合时， 观察砝码左右突出的长度是 否相同，如不同，则调节2 来使之相同。调好后该步结束。 模拟图如下 9 /

5、30 三、调节望远镜与光杠杆在同一高度。 10 / 30 也就是调节望远镜的镜头正对着平面镜的镜面。由于光杠杆不可调，所以我们只调 节望远镜高度，方法是先用米尺测量好平面镜中心的高度（即桌面到两侧小螺丝的距离）， 然后拿着这个高度与望远镜对比。 11 / 30 1 用来调节望远镜的高度，2 用来调节标尺的高度。注意， 如果要往上调节，则先拧 开 1，握住 3 调节标尺的高度，调节好后拧紧1，然后拧开 2，调节标尺使得其与望远镜紧 靠，然后拧紧 2。同理，若想往下调，则先拧开2，调好后拧紧，然后拧开1，靠拢后再拧 紧。至此该步结束。 四、正确放置反射镜。 12 / 30 反射镜上面挂的绳不可以拿

6、下来！ 放置镜子的时候也要注意不要幅度太大把绳扯断。 反射镜的两只前脚放在同一个沟槽里，后脚放在圆盘表面上，不能放圆心，不能放 边缘（后脚可以放置的大致范围如红色圆环部分所示）。至此该步结束。 五、调节望远镜轴大致水平。 13 / 30 使用图中的 1 旋钮调节，从侧面观察缝隙大致等宽即可。调节完毕后该步结束。 六、调节平面镜法线水平 首先转动平面镜使得其法线大致水平，然后从望远镜方向看，右眼在目镜处，左眼 从望远镜与标尺之间的缝隙观察平面镜（不是在望远镜里面看）， 寻找望远镜的像，如果没 有则水平移动底座直到能看到像为止， 并尽量使得像处于平面镜的水平中心， 此时观察望远 镜的像，调节平面镜

7、使得望远镜的像的镜头的中心处于平面镜的中心即可。 14 / 30 注：此时调节平面镜应采用上图所示方法，若镜中望远镜镜头中心偏上则拇指稍稍 用力使得其往下一点，繁殖，若偏下则食指稍稍用力使得其往上一点， 这样能够保证每次调 节的量足够小。 由于望远镜与平面镜相距较远， 所以进行这步时会在平面镜与望远镜之间来回走动。 而为了观察方便，建议将凳子搬到望远镜处（蹲着累啊）。调节完毕后该步结束。 七、调节支架使得望远镜能够看到标尺的像。 由于从望远镜里能够观察到的范围有限， 所以我们借助望远镜准线来完成该步操作。 15 / 30 由 1 与 2 两点连接而成的线 L 即为望远镜的准线，在望远镜上方沿着

8、准线观察平面 镜，移动支架（可以平移也可以转动），使得平面镜中出现标尺的像，移动支架使得标尺的 像位于平面镜的中心， 用手挡在自己的标尺的前面轻微晃动， 观察镜中的标尺是否同样有手 在轻微晃动， 如果有的话说明像找对了， 否则说明找到的是其他的标尺的像， 应该重新寻找。 找到标尺的像并确认其是自己仪器的标尺的像后该步结束。 八、调节目镜、物镜并细调望远镜水平。 16 / 30 图 w 调节目镜 1 使得里面的分划板清晰，调节物镜2 使得镜中看到的标尺像清晰。物镜 与目镜不是可以一直往一个方向转的， 转到了一定程度就到头了， 所以如果转到头了要往反 方向拧，不能继续往下拧，有可能拧坏。 细调望远

9、镜水平 细调望远镜水平应用的方法是使得标尺上与镜头中心同一高度的刻度与望远镜中测 量用准线（即中间的那条横线）重合。方法是先调节标尺： 17 / 30 使得最底下的那个刻度“12”对其支架的边缘，此时标尺的0 刻度正好对其镜头中 心。 18 / 30 从望远镜中寻找标尺 0 刻度，调节倾角调节螺旋（图w 中的 3）使得 0 刻度与测量 用准线（中央横线）重合。 此时在目镜中要仔细观察，即使前一步已经使得望远镜对准标尺了，但是仍然会有 望远镜内观察不到标尺的可能性。 这时有可能看到的是望远镜本身 （在图像不那么清晰的时 候可能与标尺弄混），所以调节物镜的时候或许会出现怎么调都不清晰的情况。 这时

10、候要眼 睛看着目镜稍微移动下支架， 观察镜中的像怎么变化， 发现明显变亮了的话则是有可能观察 到了镜头的边缘了，此时将支架继续移动，看到刻度线后就可以开始调节了， 眼睛要距离目 镜足够近，否则有可能看不到标尺刻度的数字， 这个过程也比较累眼睛， 做过分光计实验的 同学会感觉好一些。 19 / 30 至此该步结束。 此时仪器调整步骤结束。 整个过程看似比较多， 实际上每步花费的时间都很少， 整个调节会在 10 分钟以内完 成。 2.数据测量 测量数据之前要注意，实验台上除了实验器材以外不要放别的东西，包括砝码以及 其他测量工具，其他测量工具在测完N 以后才会用到，不用的砝码要放在凳子上，记录数

11、据也要在凳子上记录。 因为如果直接在试验台上拿、 放砝码以及身体压在试验台上记录数据 一样会使得钢丝产生形变从而影响实验结果。 仪器调整完成后开始放砝码，此时砝码盘上是四个砝码，而我们需要从放一个砝码 开始测量，所以我们需要拿下三个砝码或者拿下四个砝码再放上一个砝码，需要注意的是， 如果拿下了三个砝码，那么在观察数据之前要先用手轻轻按压一下砝码 （不要太用力，有可 能把钢丝拉断），因为弹簧伸长时的N 和收缩时的N 也是不完全一样的。 此时开始读数了， 放 1 个砝码， 读数 （cm 或者 mm 都行， 要估读到 mm 的下一位） ； 放 2 个砝码，读数；放 6 个砝码，读数；放 7 个砝码，

12、读数。这里之所以要放第7 个 是因为我们马上要将砝码一个一个地拿下来再次读数，而如果不放7 个砝码那么就不会有 拿掉第 7 个砝码还剩 6 个砝码时的数据了。其实此时第7 个砝码完全可以不读数因为没有 用处，不过还是要使得第7 个砝码停留时间足够长保证其有效性，由于每套仪器只给了6 个砝码， 所以需要从别人处借1 个用。 拿掉第 7 个还剩 6 个， 读数； 拿掉第 6 个还剩 5 个， 20 / 30 读数；拿掉第 2 个还剩 1 个，读数；至此N 的数据记录就完成了。在记录实验报告时 一定要注意表格上的单位！ 千万别把非表格上单位的数据写上了！ 如果当时为了方便记录的 数据是 mm 的话，

13、表格上的数据需要以cm 为单位所以需要换算。我当时直接把mm 单位 的数据写上了老师以为我没估读扣了0.2 了过来扣了我 0.1 后来我意识到单位写错了告诉老师，老师就改 。数据虽然说是每个都不一样， 不过我做的记录与学长的实验记录上每 个N 大概都在 0.4cm 左右。 推荐先测量N 再测量其他数据，否则之前调整好的东西有可能需要再调整一遍。 N 测量完毕后就开始测量S、L、d1、d2 了 F 就是书中写的（3*0.360*9.8066）N，因为用逐差法处理数据时是 n5-n2,n4-n1, n3-n0，差的是 3 个砝码的数据，所以3*0.360*9.8066 是没错的。 S 用螺旋测微器

14、（千分尺）来测量，注意每个螺旋测微器开始并不是两个0 正好对 上的，它有一个零点修正值N0(这个书中并未给),当旋转后面的小旋钮直到顶到头小旋钮发 出“咔”“咔”的声音后，观察两个0 是否正好对上，如果没对上： 21 / 30 最后读数 （真实值） 为实际值+零点修正值 N0 （建议将零点修正值与读数实际值 （即 当时的原始数据）记录下来，真实值在数据处理时在说） 。测量钢丝直径的时候，在千分 尺即将夹紧钢丝的时候换用后面的小旋钮，慢慢旋转直到听到34 声“咔”声以后读数， 而不能直接用大的旋钮直接使千分尺夹紧钢丝， 那样会造成形变。 测量之前一定要使读数的 面板面对自己以便于读数， 读数时千

15、分尺不可转动， 不可过大幅度的移动， 否则会使钢丝形 变导致数据不准，1 个位置读数完毕后将千分尺松开，再进行下一个位置的读数，切记不要 拉扯钢丝！ 钢丝直径在 0.32*左右。 L、d1（标尺到小镜的距离）用米尺来测 ，测量 L 的时候要注意测量的部分，看下 图： 22 / 30 上端以红线开始往下 测钢丝直径时加上 12 个砝码。 23 / 30 下端从红线开始往上。注意：测量钢丝长度是不要估读！精确到mm 就够了。 测量标尺到小镜的距离。 24 / 30 测量距离 d1。注意：同样不需要估读！精确到mm。 测量光杠杆前后支脚间距离d2. 这里就需要用到直尺与纸了， 先拿好一张纸垫在书上靠

16、近杨氏模量仪上的平面镜 （平 面镜不可拿下来！） 25 / 30 平面镜可移出一些，在纸上用力压三个支脚使得纸上留下三个痕迹。 26 / 30 用直尺画线连上前脚的两个点 27 / 30 用游标卡尺测量并记录数据。原则上这个也应该有个零度修正值不过老师没说就算 了。 28 / 30 至此实验结束，记录好数据后交由老师检查并签字吧。检查前一定要最后看一遍是 否有错误！尽可能地不要第一个去。 检查完，签完字后将砝码与测量工具放回原位整理好，然后就可以离开实验室了， 整个过程大概历时 1 个半小时吧（包括老师讲解的部分）。 （3）实验结束喽 思考题，新版的话做2、4 题。旧版的话就不太清楚了，如果是

17、用旧版书的同学实验 时问一下就可以了。 整个实验过程比较麻烦的就是望远镜的调节部分， 再就是 N 的记录要仔细一些， 尽 量使加减砝码后长度的变化差不多。 如果遇到赵涛老师的话其实客观的说她还是位很负 责任的老师，实验讲解的也很详细，只要认真听了的话都没有什么问题， 尤其要听她说以前 学生犯过的错误并将其避免， 听老师讲解时不要离得太远， 有的地方操作比较细微， 离太远 可能会看不到。准备充分的话，这个实验也会很顺利的完成的 那么，此次“走进实验室”到此结束，下期再见！ 最新更新： 29 / 30 实验报告发下来了，有一个地方需要注意一下，就是数据处理里的Ue/E，最后的结 果要用百分数表示，比如我得到的数据是0.033，应该加一步 “3%”，这里如果没化成 百分数会扣掉 0.1 分。 数据处理部分，有个 UDA 和 UnA，那两个公式非常像，都是计算平均值的标 准偏差的,d 是钢丝直径，N 是刻度的