背景介绍杨氏模量.ppt

1、用拉伸法测量金属丝杨氏模量,张炯,预备问题,材料相同，但粗细长度不同的两根钢丝，它们的杨氏弹性模量是否相同？ 本实验中分别用了米尺、游标卡尺、螺旋测微计以及光杠杆望远镜尺组系统四种测长仪器，试用不确定度理论说明选择这些测量仪器的标准。 定量分析各被测量中哪一个量的不确定度对结果影响最大。 做本实验时，为什么要求在正式读数之前现先加砝码把金属丝拉直？这样做会不会影响测量结果？ 本实验利用求杨氏模量必须满足哪些实验条件？这些条件是如何提出的？,背景介绍,杨氏模量(Youngs modulus)是表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它是沿纵向的弹性模量。1807年因英国医生兼物理学家托马斯

2、杨(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的结果而命名。 根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理,杨氏模量的大小标志了材料的刚性。,杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义，还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。,背景介绍,测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等，还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量杨氏模量。,科学家介绍托马斯 杨,托马斯 杨（Thoma

3、s Young，17731829）,英国物理学家、考古学家、医生，光的波动说的奠基人之一。1773年6月13日生于米尔弗顿，1829年5月10日在伦敦逝世。杨自幼天资过人，14岁就通晓拉丁、希腊、法、意、希伯莱、波斯、阿拉伯等多种语言，一生在物理、化学、生物、医学、天文、哲学、语言、考古等广泛的领域作了大量工作。 1801年杨通过著名的杨氏双缝实验，首先引入干涉概念论证了波动说，又利用波动说解释了牛顿环的成因和薄膜的彩色。他还第一个测量了7种颜色光的波长。,实验原理,在外力作用下，固体所发生的形状变化称为形变。它可分为弹性形变和塑性形变两种。本实验中，只研究金属丝弹性形变，为此，应当控制外力的

4、大小，以保证外力去掉后，物体能恢复原状。 最简单的形变是金属丝受到外力后的伸长和缩短。金属丝长L，截面积为，沿长度方向施力后，物体的伸长，则在金属丝的弹性限度内，定义,为材料杨氏弹性模量。,光杠杆法,光杠杆镜尺法是一种利用光学原理把微小长度的变化加以放大后，再进行测量的方法。,由于,， 角很小，上两式可近似为：,这样就可把微小的长度改变量L , 用可观的变化量A表示，为保证大的放大倍数，实验时应有较大的D（一般为1.5m左右）和较小的 x（一般为0.08m左右）。,砝码的拉力：,钢丝的截面积：,带入杨氏模量的定义公式，可得：,实验仪器,1.杨氏模量测定仪的调整 2.光杠杆及望远镜尺组的调节 （

5、1）外观对准调节光杠杆与望远镜、标尺中部在同一高度上。 （2）镜外找像缺口、准星、平面镜中标尺像三者在一条水平 线上。 （3）镜内找像 先调节目镜使叉丝清晰，再调节调焦钮看清标尺像，直到无视差为准。 （4）细调对零或对准标尺像零刻线附近的任一刻度线，并记录读数A0 。 3.测量：采用等增量测量法。 （1）将依次增减砝码的读数记入表格中。 （2）将相关长度量L、D、x、d等的测量数据记入表格。,实验内容,数据处理,逐差法计算,每隔4项相减，得到相当于每次加4个砝码的四次测量数据，然后取平均值计算逐差法。,计算杨氏模量Y，及不确定度,在一定的实验条件下，k为常数。因此可作,图，求出斜率k，再计算杨

6、氏模量：,作图法,注意事项,1.加减砝码时动作要平稳,勿使砝码托摆动。否则将会导致光杠杆后足尖发生移动。并在每次增减砝码后，等金属丝完全不晃动时才能读数. 2.在测量过程中，不能碰动各仪器。增加砝码时应将砝码缺口交叉放置。（为什么？） 3.对测得的一组 值,如果 不按比例增减，应分析原因后重新测量。 4.用千分尺测d时，应先检查零点读数，并记录零点误差。要求对不同位置处测6次。,最新进展,用补偿式光纤位移传感器测量钢丝的杨氏模量,图1 为补偿式光纤位移传感器的 原理示意图, 传感器探头由一根光源光纤和双接收光纤组成, 探头离镜面的距离为x, 接收光纤到光源光纤的间距为d, 光源发光强度为I0, 经反射镜反射, 接收光纤接收的光强为I(x,d) , 可以表示为:,因此，通过测量光